Bài giảng Thực hành truyền động điện

Kết nối bộ biến đổi - động cơ điện một chiều kích từ độc lập a.Sơ đồ kết nối bộ biến đổi - động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào

Bộ lao động thương binh và xã hội Trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định

Th.s PHẠM VĂN CHÍNH Th.s Phạm thị hoa

tập bài giảng

thực hành truyền động điện

Nam định 2012

LỜI NÓI ĐẦU Động cơ điện là các thiết bị động lực chính để truyền động trong các máy công nghiệp Điều chỉnh tốc độ động cơ điện là các yêu cầu chính khi nghiên cứu ứng dụng động cơ điện đáp ứng các yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển hiện đại trong các dây chuyền sản xuất tự động

Ngày nay, do ứng dụng tiến bộ kỹ thuật điện tử công suất, tin học các hệ truyền động được thay đổi một cách đáng kể Các bộ biến đổi điện tử công suất được chế tạo hoàn chỉnh ứng dụng khoa học tiên tiến và các phương pháp tính để điều chỉnh tốc độ động cơ đáp ứng yêu cầu công nghệ, đạt chất lượng cao tiết kiệm điện năng, giảm kích thước và giá thành của hệ

Để thống nhất các nội dung giảng dạy, có tài liêu nghiên cứu cho các giảng viên

và sinh viên khi thực hành các hệ truyền động với động cơ điện một chiều, xoay chiều

và đặc biệt trêncơ sở của các thiết bị điện điều khiển và các động cơ điện được trang

bị hiện đại tại trung tâm thực hành Nội dung chủ yếu về xây dựng các đặc tính cơ khi điều chỉnh theo các phụ tải khác nhau, điều chỉnh tốc độ và điều khiển theo hệ thống truyền động Bộ môn Kỹ thuật điều khiển biên tập bài giảng thực hành truyền động điện theo các bài tập cơ bản sau:

Bài1 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Bài 2 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Bài 3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

Bài 4 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Bài 5 Điều chỉnh tốc độ động cơ đặc biệt

Tập bài giảng thực hành truyền động điện được biên soạn theo hướng mở có thể thực hành theo nhiều dạng bài tập về hệ thống truyền động hiện đại để điều khiển tốc độ động cơ một chiều và xoay chiều không đồng bộ Trong quá trình biên soạn nhóm tác giả đã cố gắng tham khảo nhiều nguồn tài liệu, cập nhật các kiến thức mới, các nguồn tài liệu cung cấp một số hãng thiết bị, các thiết bị thực tế về điều khiển truyền động hiện đại, trao đổi ý kiến chuyên môn của các bạn đồng nghiệp, song vẫn hạn chế về thông tin và khả năng nên nội dung không tránh khỏi thiếu sót Rất mong các thầy, cô giáo, bạn đọc đóng góp để nhóm tác giả hoàn thiện tốt hơn Nội dung đóng góp xin giử về bộ môn Kỹ thuật điều khiển- Khoa Điện – Điện tử trường đại học

Sư phạm Kỹ thuật Nam Định

Tác giả

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 1

Bài 1: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 3

Bài 2: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP 34

Bài 3: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ HỖN HỢP 53

Bài 4: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 74

Bài 5: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐẶC BIỆT 120

PHỤ LỤC 137

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BIẾN TẦN SIEMENS 137

Bài 1:

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

I Mục tiêu học tập

1 Kiến thức:

- Nắm được cấu tạo động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Nắm được các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Tổ chức nơi làm việc gọn gàng ngăn lắp

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

II Tóm tắt lý thuyết

1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm hai phần là phần tĩnh (Stato) và phần động (Rotor)

 Phần tĩnh gồm cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, chổi than, nắp máy

- Cực từ chính là phần để tạo ra từ trường một chiều gồm có lõi sắt và cuộn dây kích từ

- Cực từ phụ gồm giữa các cực từ chính để cải thiện tình trạng đổi chiều Cực

từ phụ được làm bằng thép khối trên đặt các cuộn dây quấn

- Gông từ là phần nối tiếp các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong máy điện lớn gông từ làm bằng thép đúc, trong các máy điện nhỏ gông từ bằng thép lá ghép lại

- Chổi than dùng để đưa dòng điện từ ngoài vào máy Các chổi than được đặt lên giá đựng chổi than và luôn tỳ lên hai vành góp nhờ hai lò xo

- Nắp máy dùng để bảo vệ các chi tiết của máy

 Phần quay gồm lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, phiến góp, cánh quạt, trục máy

- Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, có dạng hình trụ tròn được ép cứng vào với trục máy tạo thành một khối thống nhất

- Dây quấn phần ứng sinh ra sức điện động

- Vành góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

- Cánh quạt dùng để làm mát động cơ

- Trục máy dùng để đặt lõi thép phần ứng và vành góp

Hình 1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 1.Vành góp; 2 Cổi than; 3 Rotor; 4 Cực từ; 5 Cuộn dây kích từ;

6 Lõi thép Stato; 7 Cuộn dây phần ứng

2 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập cuộn kích từ CKĐ được cấp điện từ một nguồn tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn dây phần ứng (hình 1.2a)

Ở động cơ điện kích từ song song cuộn dây kích từ và cuộn dây phần ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn (hình 1.2b) Trong trường hợp này mà nguồn điện có công suất lớn hơn nhiều so với công suất của động cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự như động cơ kích từ độc lập

Rpư : là điện trở phụ mạch phần ứng;

Rpkt : là điện trở phụ mạch kích từ

3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

a.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Điện áp mạch phần ứng: UA = EA + IAR

- Sức điện động phần ứng: EA = k = ken

- Mômen quay của động cơ: M  k  IA

- Phương trình biểu diễn quan hệ tốc độ và mômen quay:

R K

U





 K

UA

) K (

M : là mômen quay của động cơ;

UA : là điện áp đặt vào động cơ;

Với: rA là điện trở cuộn dây phần ứng

Với điều kiện K là hằng số, đặc tính cơ có dạng đường thẳng như hình 1.3

b Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

- Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ

- Điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh D=10:1

- Độ cứng đặc tính cơ được giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh

- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi UAUAđm)

* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

- Từ thông càng giảm, tốc độ động cơ càng lớn

- Điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh D=3:1

- Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông

- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía tăng (vì chỉ có thể thay đổi <đm)

* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng

- Điện trở mạch phần ứng càng tăng, tốc độ động cơ càng giảm

M 0



0

Hình 1.3 Dạng đặc tính cơ của động cơ điện

một chiều kích từ độc lập

- Về nguyên tắc, phương pháp cho phép điều chỉnh trơn nhờ thay đổi đều điện trở Nhưng vì dòng điện phần ứng lớn, việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn nên thực

tế chỉ chuyển đổi điện trở từng cấp Dải điều chỉnh D=5:1

- Độ cứng đặc tính cơ giảm khi tăng điện trở mạch phần ứng

- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi R>Rpư)

III.Thiết bị, dụng cụ, vật tư phục vụ 1 bàn thực hành

tính

Số lượng

1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập cái 1

3 Bộ nguồn một chiều điều chỉnh (chỉnh lưu dùng

 Thiết bị đo công suất kiểu bột từ

Thiết bị được xây dựng dựa trên sự tổng hợp một cách hợp lý các thiết bị chức năng sau:

- Thiết bị phanh hãm kiểu bột từ

- Thiết bị điều khiển lực hãm

- Thiết bị đo tốc độ (vòng/phút) và đo mômen (kg-cm)

Hình 1.4 Mô hình thiết bị đo công suất kiểu bột từ

SPEED METER (r.p.m) TORQUE METER (kg-cm)

MAX 5 kg-cm

ZERO ADJ DIGITAL RPM DIGITAL Kg-cm

I

O

TORQUE ADJ POWER SW

Thiết bị đo công suất nối trục một cách dễ dàng với các máy điện quay cần tiến hành thí nghiệm; dễ dàng điều chỉnh tăng hoặc giảm tải máy điện thí nghiệm bằng cách thay đổi lực hãm Hai đại lượng tốc độ và mômen được đo chính xác và được hiển thị bằng số

Để tiến hành thí nghiệm với thiết bị đo công suất kiểu bột từ Núm điều chỉnh

“TORQUE ADJ” quay hết về theo chiều ngược chiều kim đồng hồ; “POWER SW” đặt

ở “0” trước khi cấp nguồn cho động cơ thí nghiệm, kiểm tra ghép nối trục của máy thí nghiệm với thiết bị đo công suất đã đảm bảo chưa, bắt chặt các vít cố định của hai đế máy, sau khi các bước trên đã làm tốt ta tiến hành cấp điện cho động cơ động cơ quay trong vòng một phút (để cho bột từ bên trong thiết bị đo công suất kiểu từ bám đều), sau đó cấp nguồn xoay chiều 220V cho thiết bị đo công suất kiểu bột từ, bật công tắc đặt về”I” lúc này đèn báo nguồn sang, quạt làm mát của thiết bị đo công suất kiểu bột

từ quay, đồng thời điều chỉnh “ZERO ADJ” theo dõi trên màn hiện số kg-cm hiện số

00000

Tiến hành điều chỉnh “TORQUE ADJ” đồng thời quan sát trên màn hiển thị

kg-cm chỉ số kg-kg-cm, điều chỉnh đến vị trí mà giá trị kg-kg-cm cần đặt lên trục động cơ thí nghiệm cần đo

Ví dụ: động cơ cần thí nghiệm có các thông số sau:U = 220V, P = 0,25 KW, n =

1720 vòng/phút Cần tính tải trọng chỉ thị giá trị kg-cm khi tải định mức, có thể theo công thức sau đây:

) kg ( 66 ,1 1720 1,027.0,85

W

250 n

L 027 ,1

) out ( P ) kg (

Trong công thức trên:

P(out)=1,027.M.n: là công suất truyền ra trên trục động cơ;

M: là mômen quay;

L: là độ dài giữa cân và bột từ L = 0,85 m;

N: là tốc độ quay của động cơ;

1kg = 9,807 n.M;

IV Thực hành

1 Tìm hiểu cấu tạo động cơ điện một chiều kích từ độc lập

a.Xác định các thông số định mức của động cơ

Dựa vào thông tin ghi trên nhãn máy, ghi lại các thông số định mức của động

cơ điện một chiều kích từ độc lậpvào trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Bảng số liệu định mức của động cơ điện một chiềukích từđộc lập

b.Xác định các đầu dây quấn của động cơ

Dựa vào thông tin ghi trên nhãn máy và các kí hiệu trên máy, ghi lại các đầu dây quấn của động cơ điện một chiều vào trong bảng 1.2

Bảng 1.2: Bảng kí hiệu các đầu dây quấn của động cơ

1 Dây quấn phần ứng

2 Dây quấn kích từ độc lập

2 Kết nối bộ biến đổi - động cơ điện một chiều kích từ độc lập

a.Sơ đồ kết nối bộ biến đổi - động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc

độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ (hình 1.5)

Ia

V+

-

Bộ nguồn một chiều (dùng SCR)

U

Hình 1.5.Sơ đồ kết nối mạch điện điều chỉnh tốc độ động cơ điện

kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

- Cuộn dây kích từ độc lập (F1-F2) được đấu nối tiếp với biến trở phụ Rft

b.Sơ đồ kết nối bộ biến đổi - động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc

độ bằng cách thay đổi từ thông động cơ (hình 1.6)

Cuộn dây kích từ độc lập (F1-F2) được đấu nối tiếp với biến trở phụ Rft

(02,2KΩ) Điều chỉnh từ thông động cơ thông qua điều chỉnh biến trở Rft

- Mạch kích từ được cấp điện một chiều từ bộ nguồn một chiều không điều chỉnh Đồng hồ ampe mét If đo dòng điện mạch kích từ If

- Mạch phần ứng được cấp điện một chiều từ bộ nguồn một chiều điều chỉnh được điện áp

- Đồng hồ ampe mét Ia đo dòng điện phần ứng IA , đồng hồ vôn kế V đo điện áp phần ứng động cơ

Hình 1.6 Sơ đồ kết nối mạch điện điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi từ thông động cơ

3 Điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu

a Xây dựng đặc tính điều chỉnh tốc độ khi không có phản hồi

a1 Đặc tính điều chỉnh tốc độ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Bước 1: Lựa chọn thiết bị, máy móc đặt vào bàn thực hành và lắp trên giá thực hành

Ia

V+

-

Bộ nguồn một chiều (dùng điốt)

Bước 2: Nối dây các thiết bị theo sơ đồ kết nối mạch điện điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện áp phần ứng (hình 1.5)

Bước 3: Xoay các núm điều chỉnh theo chiều ngược chiều kim đồng hồ đến khi không vặn được nữa thì thôi (chú ý lực vặn nhẹ tránh làm hỏng các núm điều chỉnh) Nút điều chỉnh nguồn một chiều cấp điện cho động cơ của bộ nguồn một chiều điều chỉnh điện áp bằng SCR Núm điều chỉnh thiết bị đo công suất kiểu bột từ như mục III

Bước 4: Kiểm tra lại nối dây theo sơ đồ nối dây, các cầu chì luôn đặt ở định mức và điều chỉnh kg-cm trên thiết bị đo công suất kiểu bột từ về “00000”

Bước 5: Đóng cầu dao cấp nguồn xoay chiều 220V cho bộ nguồn một chiều không điều chỉnh dùng điốt Cấp nguồn xoay chiều 220V cho các đồng hồ đo dòng Ia

và đo điện áp V và cấp nguồn xoay chiều 220V cho thiết bị đo công suất kiểu bột từ

Bước 6: Điều chỉnh biến trở Rft trong mạch kích từ để dòng điện kích từ động

Bước 13: Duy trì điện áp 220V cấp cho phần ứng động cơ, đồng thời điều chỉnh từ từ “TORQUE ADJ” của bộ hãm thiết bị đo công suất kiểu bột từ để giảm tải

của động cơ về 0 Lấy số liệu về sự thay đổi tốc độ và dòng điện phần ứng của động

cơ theo mômen khi cấp điện áp định mức cho phần ứng động cơ

Ghi lại các cặp giá trị của mômen kg-cm và tốc độ quay rpm của động cơ hiển thị trên SPEED METER và TORQUE METER của thiết bị đo công suất kiểu bột từ, đồng thời cũng ghi lại giá trị tương ứng của dòng điện phần ứng động cơ trên ampe mét Ia vào bảng 1.4

Bảng 1.4 Giá trị đo M, n, IA khi UA=220V

Ghi lại các giá trị đo mômen, tốc độ và dòng điện của động cơ khi UA=190V vào bảng 1.5

Bảng 1.5 Giá trị đo M, n, IA khi UA=190V

Ghi lại các giá trị đo mômen, tốc độ và dòng điện của động cơ khi UA=160V vào bảng 1.6

Bảng 1.6 Giá trị đo M, n, IA khi UA=160V

M

n

Ia

 Những công việc cần chú ý trong quá trình tiến hành thực hành:

- Trước khi tiến hành thực hành cần phải kiểm tra lại các thiết bị, máy móc có gẫy, vỡ, kẹt…hay không? Nếu tất cả các thiết bị, máy móc đều tốt thì tiến hành thực hành theo tuần tự các bước nêu ở trên

- Trong quá trình thực hành cần duy trì dòng điện kích từ của động cơ là định mức

- Trong lúc tiến hành thực hành, nếu có sự cố bất ngờ thì phải lập tức ấn vào nút mầu đỏ công tắc nguồn tổng trên môđun nguồn xoay chiều để bảo vệ an toàn cho người và thiết bị

b Điều chỉnh tốc độ điện một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi từ thông động cơ

a2 Đặc tính điều chỉnh tốc độ khi thay đổi từ thông động cơ

Bước 1: Lựa chọn thiết bị, máy móc đặt vào bàn thực hành và lắp trên giá thực hành

Bước 2: Nối dây các thiết bị theo sơ đồ kết nối mạch điện điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi từ thông động cơ (hình 1.6)

Bước 3: Xoay các núm điều chỉnh theo chiều ngược chiều kim đồng hồ đến khi không vặn được nữa thì thôi (chú ý lực vặn nhẹ tránh làm hỏng các núm điều chỉnh) Nút điều chỉnh nguồn một chiều cấp điện cho động cơ của bộ nguồn một chiều điều chỉnh điện áp bằng SCR; Núm điều chỉnh biến trở Rft ; Núm điều chỉnh thiết bị đo công suất kiểu bột từ như mục III

Bước 4: Kiểm tra lại nối dây theo sơ đồ nối dây, các cầu chì luôn đặt ở định mức và điều chỉnh kg-cm trên thiết bị đo công suất kiểu bột từ về “00000”

Bước 5: Đóng cầu dao cấp nguồn xoay chiều 220V cho bộ nguồn một chiều không điều chỉnh dùng điốt Cấp nguồn xoay chiều 220V cho các đồng hồ đo dòng Ia

và đo điện áp V và cấp nguồn xoay chiều 220V cho thiết bị đo công suất kiểu bột từ

Bước 6: Đóng cầu dao cấp nguồn xoay chiều ba pha 220V cho bộ nguồn một chiều điều chỉnh bằng SCR

Bước 7: Trên thiết bị đo công suất kiểu bột từ bật công tắc SW sang vị trí “I” Bước 8 Trên bộ nguồn một chiều điều chỉnh bằng SCR công tắc SW đặt ở vị trí “ON”, tiến hành điều chỉnh điện áp một chiều để đạt được giá trị định mức là 220V

DC

Bước 9: Duy trì điện áp định mức cấp cho động cơ Đồng thời điều chỉnh tăng

từ từ “TORQUE ADJ” của bộ hãm thiết bị đo công suất kiểu bột từ đến khi kg-cm đạt giá trị mômen định mức của động cơ

Bước 10: Điều chỉnh biến trở Rft để dòng điện kích từ bằng 0,9Ifđm, đồng thời điều chỉnh từ từ núm “TORQUE ADJ” của bộ hãm thiết bị đo công suất kiểu bột từ

để giảm tải của động cơ dần về không tải, đồng thời lấy số liệu về sự thay đổi tốc độ, dòng điện phần ứng động cơ

Ghi lại các cặp giá trị của mômen kg-cm, tốc độ quay rpm của động cơ hiển thị trên SPEED METER, TORQUE METER của thiết bị đo công suất kiểu bột từ và dòng điện phần ứng trên ampe mét Ia vào bảng1.7

Bảng 1.7 Giá trị đo M, n, IA khi UA=220V, If=0,9Ifđm

Bảng 1.8 Giá trị đo M, n, IA khi UA=220V, If=0,7Ifđm

Bảng 1.9 Giá trị đo M, n, IA khi UA=220V, If=0,5Ifđm

M

n

IA

 Những công việc cần chú ý trong quá trình tiến hành thực hành:

- Trước khi tiến hành thực hành cần phải kiểm tra lại các thiết bị, máy móc có gẫy, vỡ, kẹt…hay không? Nếu tất cả các thiết bị, máy móc đều tốt thì tiến hành thực hành theo tuần tự các bước nêu ở trên

- Trong quá trình thực hành cần duy trì điện áp phần ứng động cơ là định mức

- Trong lúc tiến hành thực hành, nếu có sự cố bất ngờ thì phải lập tức ấn vào nút mầu đỏ công tắc nguồn tổng trên môđun nguồn xoay chiều để bảo vệ an toàn cho người và thiết bị

b Xây dựng đặc tính điều chỉnh tốc độ khi có phản hồi

b1 Mô hình hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập có phản hồi

Trên hình 1.7 mô tả hệ thống thiết bị cho phép khảo sát đặc tính của động cơ một chiều trong các chế độ làm việc

Hình 1.7 Mô hình hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập có phản hồi

- M1 là động cơ điện một chiều kích từ độc lập cần khảo sát Động cơ M1 có phần kích từ cố định

- Đồng hồ ampe mét A1 và vôn mét V1 dùng để đo dòng điện phần ứng IA

(M1) và điện áp phần ứng UA (M1) của động cơ M1

- Thiết bị phụ tải bao gồm:

+ Máy phụ tải một chiều G1nối trục với động cơ

+ Máy phụ tải một chiều M3 liên kết điện với G1

+ Động cơ điện không đồng bộ ba pha M2 nối cùng trục với máy phụ tải M3

+ Đồng hồ A2 cho phép đo dòng điện phần ứng của máy G1 là IA(G1)

Khi khảo sát động cơ thí nghiệm M1 ở chế độ động cơ, máy phụ tải G1 làm việc như một máy phát trả năng lượng cho lưới điện qua thiết bị phụ tải Khi thay đổi dòng điện kích từ cho máy M3 (bằng cách vặn biến trở cấp nguồn), sẽ làm thay đổi sức điện động tạo ra bởi máy M3, do đó làm thay đổi dòng qua phần ứng của máy G1 Nhờ vậy, có thể tính được mômen do máy phụ tải G1 sinh ra theo công thức:

M = KM.IA(G1), với KM = k. = const

Khi khảo sát động cơ thí nghiệm M1 ở chế độ hãm tái sinh trả năng lượng về lưới, máy phụ tải G1 làm việc như một động cơ, chuyển năng lượng từ trục của nó tới động cơ thí nghiệm M1 Tốc độ của động cơ M1 sẽ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng của nó Khi tăng dòng điện kích từ cho máy M3 (bằng cách vặn biến trở cấp nguồn) sẽ làm tăng sức điện động tạo ra bởi máy M3, do đó làm tăng dòng điện qua phần ứng của máy G1 và làm tăng tốc độ của máy G1

Đặc trưng thu được dựa vào số đo dòng điện trong mạch phần ứng của máy phụ tải G1 sẽ có sự sai lệch với thực tế vì chưa tính đến mômen tổn thất trong tổ máy Muốn hiệu chỉnh cần xác định đặc trưng tổn thất của hệ thống, xác định bằng cách cắt động cơ khảo sát M1 khỏi lưới điện và máy M3 lànguồn cung cấp năng lượng

Sơ đồ đơn giản cho phép lấy được đặc tính cơ của động cơ được trình bầy trên hỉnh 1.8 Mômen cản trên trục động cơ được tạo nhờ một máy phụ tải một chiều làm việc ở chế độ hãm động năng

Hình 1.8 Thiết bị khảo sát đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

B2.Thiết bị thực hành

Thiết bị thí nghiệm với động cơ DC (hình 1.9) gồm 3 phần:

- Phần nguồn với công tắc chính và các nguồn kích từ cho tải

- Phần điều khiển động cơ DC và cấu hình ghép nối động cơ với tải trở

- Phần điều khiển tự động và đo lường

 Phần điều khiển và ghép nối bộ tải

- Công tắc START/STOP và khởi động từ K1 cấp điện cho bộ điều khiển DC LYNX SM300 (Control technics) thực hiện biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều có thể điều chỉnh được

- Bộ điều khiển có các lối vào:

+ Nguồn AC nối vào: 220V AC

+ Báo trạng thái (STATUS) sẵn sàng làm việc (READY): chân 11-12 nối Khi

có sự cố , chân 11-12 ngắt Các chân READY được nối với khởi động từ K1 Khi có

sự cố, tự động ngắt mạch cấp cho bộ điều khiển

+ Lối vào đặt tốc độ: +REF/10V, MIN REF và REF.IN Trong chế độ bằng tay, công tắc chọn ở vị trí MAN, thế đặt (DC SET)được lấy từ biến trở đưa vào bộ điều khiển Trong chế độ tự động, thế DC lấy từ lối ra khối I/O EM-235 của hệ thống PLC

để điều khiển tốc độ

+ Lối vào đặt dòng lấy từ biến trở CURRENT SET qua các chân 1-4-6 vào lối vào TORQUE của bộ điều khiển Cho phép điều khiển phản hồi dòng

+ Lối vào điều khiển vận hành RUN (ON/OFF) qua các chân 5-7

+ Các lối vào SW1.5a,b và SW1.8a,b cho phép lựa chọn phản hồi điện áp phần ứng (ARMATURE VOLTAGE FEEDBACK) hoặc phản hồi tốc độ (TACHO FEEDBACK)

+ Lối vào cho máy phát tốc TACHO qua các chân 8-9

- Bộ điều khiển có các lối ra:

+ Lối ra A1(+)-A2(-) cho phần ứng (Armature) của động cơ DC

+ Lối ra (F1(+)-F2(-) cho cuộn kích từ của động cơ DC

- Bộ điều khiển làm việc theo nguyên tắc chỉnh lưu có điều khiển đểtạo thế DC

ra tương ứng với giá trị đặt

- Động cơ một chiều khảo sát M1 loại kích từ độc lập được nối với các chốt A1-A2 của bộ điều khiển

- Các đồng hồ V1 và A1 được sử dụng để đo điện áp và dòng điện phần ứng Các đồng hồ này được đặt trên bộ đo và giao diện MI-604, được kết nối bằng dây cắm qua các nối INPUT 1&2

- Bộ tải bằng động cơ DC và bộ trở công suất:

+ Máy phát một chiều G1 gắn trục với động cơ một chiều M1 khảo sát

+ Điện trở công suất nối với lối ra máy phát G1

 Phần điều khiển tự động và đo lường

- Bộ nguồn POWER SUPPLY PS-800 cấp nguồn 24V DC cho các phần thiết

bị tương ứng

- Bộ trạm PLC-803A bao gồm:

+ Bộ điều khiển PLC-SIMATIC S7-200 (Siemens) với các chốt vào ra tương ứng Chốt nguồn 24V DC được bố trí thẳng hang ngang với chốt ra bộ nguồn PS-800

để thuận tiện cắm dây

+ Khối vào ra thông minh EM-235 với 3 lối vào/ 1 lối ra tương tự (Analog) + Bàn điều khiển KEYPAD với các nút START/STOP cho mảng động cơ khảo sát và bộ tải Các nút F1 đến F4 được gán các lệnh điều khiển tương ứng

Hệ thống cho phép điều khiển tự động toàn bộ hệ thống theo chương trình soạn thảo ghi trong PLC

- Bộ đo và giao diện (MEASURE & INTERFACE UNIT) MI-604 có cấu trúc

vi xử lý cho phép đo các giá trị điện áp, dòng điện một chiều và xoay chiều, tốc độ góc với lối ra tương ứng và đo hệ số cos

+ Trong chế độ đo, công tắc ghi WRITE bật lên trên để cho phép đo Công tắc xoá RESET thực hiện xoá nội dung đo trước đó Quá trình đo với chu kỳ lấy mẫu 20ms ghi kết quả đo vào bộ nhớ 32KB Thiết bị cho phép thực hiện 2000 lần lấy mẫu (thời gian tổng cộng 40s) Kết quả đo có thể đọc lại bằng tay khi bật công tắc READ lên trên và sử dụng nút nhấn tiến () và lùi ()để dịch trang kết quả đo Giá trị đo lưu trữ lần lượt hiện lên trên màn hình

+ Bộ giao diện có thể ghép nối với máy tính qua cổng RS-232 để trao đổi dữ liệu Với chương trình cung cấp Kết quả đo ở 6 kênh có thể biểu diễn bằng đồ thị B3 Thực hành

 Đấu nối hệ thống

- Nối dây cho hệ thống:

Hình 1.9 Thiết bị điều khiển động cơ điện một chiều

Trên hình 1.10 mô tả sơ đồ đấu dây đã nối sẵn cho hệ thống thiết bị t Các động

cơ và máy phát được nối vào hệ qua trạm đặt ở phía sau khung chính

Nối dây cho thực hành 1.11

Khi nối thiết bị đo MI-604 và hệ PLC với bảng chính, cần đặt các khối ở tầng trên cao sao cho có nối ra thẳng hang với trạm PLC PORT và MI PORT để cắm dây thẳng hàng theo chiều dọc

 Tiến hành thực hành

Xác định đặc tính động cơ một chiều ở chế độ không tải

Hình 1.10 Sơ đồ đấu dây phần nguồn hệ thống

Bước 1: Nối dây cho các đồng hồ đo V1, A1, V2, A2, TG (MI PORT) với các chốt lối vào tương ứng của bộ đo MI

Công tắc đo của bộ đo 1 và 2 đặt ở DC

Công tắc kiểu đặt tốc độ AUTO/MAN đặt ở MAN

Bước 2: Vặn biến trở đặt tốc độ DC SET về 0 (vặn về rìa trái) Công tắc RUN

để ở vị trí ngắt (OFF) Công tắc phản hồi dòng để ở vị trí đóng (ON) Công tắc phản hồi tốc độ hoặc điện áp (TACHO/ A.VOL FEEDBACK) đặt ở vị trí phản hồi tốc độ (TACHO) Biến trở đặt dòng CURRENT SET vặn cực tiểu (rìa trái)

Bật công tắc 3 pha MAIN POWER (PE-800) để cấp điện cho phần công suất (R-S-T)

Hình 1.11 Sơ đồ đấu dây phần điều khiển hệ thống

Bước 3: Nhấn nút K1 START/RESET để điều khiển khởi động từ K1 cấp điện cho bộ điều khiển Đèn báo ON báo cấp điện sáng Đèn báo ON trên bộ điều khiển thông báo tình trạng sãn sàng vận hành

Bước 4: Nối dây cấp điện áp kích từ cho máy phát G1 Vặn biến trở kích từ về 0 (rìa trái) để chạy không tải

Bước 5: Bật công tắc khởi động RUN sang vị trí đóng (ON) Vặn biến trở DC SET đến tốc độ định mức của động cơ (=1750v/p) Trường hợp có sai lệch hoặc sự cố,

bộ điều khiển qua lối READY sẽ tự động ngắt điện K1

Bước 6: Chỉnh biến trở giới hạn dòng A1 đạt giá trị < 20A

Bước 7: Vặn từ từ từng bước biến trở đặt tốc độ DC SET Mỗi bước tiến hành ghi giá trị tốc độ trên đồng hồ đo tốc độ (RPM) và giá trị dòng phần ứng (A1) của động cơ M1

Kết thúc thí nghiệm vặn biến trở đặt tốc độ DC SET về 0 (vặn về rìa trái) Công tắc RUN để ở giá trị ngắt (OFF)

Chú ý khi muốn tắt điện nhanh cho hệ điều khiển điện, xoay nhẹ núm START/RESET, hệ thống sẽ điều khiển ngắt K1

Xác định đặc tính động cơ điện một chiều ở chế độ có tải

Bước 1: Nối dây cho các đồng hồ đo V1, A1, V2, A2, TG (MI PORT) với các chốt lối vào tương ứng của bộ đo MI

Công tắc đo của bộ đo 1 và 2 đặt ở DC

Công tắc kiểu đặt tốc độ AUTO/MAN đặt ở MAN

Bước 2: Nối dây cấp điện áp kích từ cho máy phát G1

Bước 3: Vặn biến trở đặt tốc độ DC SET về 0 (vặn về rìa trái) Công tắc RUN

để ở vị trí ngắt (OFF) Công tắc phản hồi dòng để ở vị trí đóng (ON) Công tắc phản hồi tốc độ hoặc điện áp (TACHO/A.VOL FEEDBACK) đặt ở vị trí phản hồi điện áp (A.VOLT FEEDBACK) Biến trở đặt dòng CURRENT SET vặn cực tiểu (rìa trái)

Bật công tắc 3 pha MAIN POWER (PE-800) để cấp điện cho phần công suất (R-S-T)

Bước 4: Nhấn nút K1 START/RESET để điều khiển khởi động từ K1 cấp điện cho bộ điều khiển Đèn báo ON báo cấp điện sáng Đèn báo ON trên bộ điều khiển thông báo tình trạng sẵn sàng vận hành

Bước 5: Bật công tắc khởi động RUN sang vị trí đóng (ON) Vặn biến trở DC SET đến tốc độ định mức của động cơ (=1750v/p) Trường hợp có sai lệch hoặc sự cố,

bộ điều khiển qua lối READY sẽ tự động ngắt điện K1

Bước 6: Chỉnh biến trở giới hạn dòng A1 đạt giá trị < 20A

Bước 7: Đặt điện áp điều khiển tốc độ của M1 ở giá trị  = 1.

Bước 8: Vặn từ từ từng bước biến trở kích từ máy phát G1 Mỗi bước tiến hành ghi giá trị tốc độ trên đồng hồ đo tốc độ (RPM) và giá trị dòng phần ứng (A1) của động cơ M1

Biểu diến đặc tính tốc độ trên đồ thị  = f(IA1)

Kết thúc thí nghiệm vặn biến trở đặt tốc độ DC SET về 0 (vặn về rìa trái) Công tắc RUN để ở giá trị ngắt (OFF)

Bước 9: Bật công tắc khởi động RUN sang vị trí đóng(ON) Vặn từ từ từng bước biến trở kích từ máy phát G1 Mỗi bước tiến hành ghi giá trị tốc độ  trên đồng

hồ đo tốc độ (RPM) và giá trị dòng điện phần ứng (A2) của động cơ M3

Biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị  = f(IA2)

Kết thúc thí nghiệm vặn biến trở đặt tốc độ DC SET về 0 (vặn về rìa trái) Công tắc RUN ở vị trí ngắt (OFF)

Bước 10: Đặt điện thế điều khiển tốc độ M1 ở giá trị  = 2.

Lặp lại hai bước 9 và 10

So sánh các kết quả đo trong các bước 9 với 10 và 11

V Báo cáo thực hành

- Tên bài:

- Lớp:

- Giảng viên hướng dẫn:

1 Các thông số định mức và các đầu dây quấn của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

a.Thông số định mức của động cơ

b.Các đầu dây quấn động cơ

c.Tích vào câu nhận định phù hợp với đường đặc tính trên

Khi mômen cản không đổi, nếu điện áp phần ứng giảm thì tốc độ động cơ giảm

Khi mômen cản không đổi, nếu điện áp phần ứng tăng thì tốc độ động cơ giảm

Khi điện áp phần ứng không đổi, nếu tăng mômen cản thì tốc độ động cơ tăng

Khi điện áp phần ứng không đổi, nếu tăng mômen thì tốc độ động cơ không đổi

Khi điện áp phần ứng không đổi, nếu tăng mômen cản thì tốc độ động cơ giảm

3 Đặc tính điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi thay đổi

từ thông

a Từ các số liệu ghi được trong bảng 1.7 Vẽ đường đặc tính n(If) khi mômen cản không đổi

b.Từ các số liệu ghi được trong bảng 1.8, 1.9, 1.10, vẽ các đặc tính cơ và cơ điện

của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ứng với các giá trị từ thông khác nhau

If(A)

n(v/p)

0

-Đặc tính n(IA) khi UA=220V, If=0,7Ifđm

c.Tích vào câu nhận định phù hợp với đường đặc tính trên

Khi mômen cản không đổi, nếu từ thông giảm thì tốc độ động cơ giảm

Khi mômen cản không đổi, nếu từ thông tăng thì tốc

độ động cơ giảm Khi từ thông không đổi, nếu tăng mômen cản thì tốc

độ động cơ tăng Khi từ thông không đổi, nếu tăng mômen thì tốc độ động cơ không đổi

Khi từ thông không đổi, nếu tăng mômen cản thì tốc

độ động cơ giảm

VI Phiếu đánh giá

1 Lựa chọn đúng chủng loại, quy cách

2 Nối dây mạch điện điều khiển tốc độ

động cơ điện một chiều kích từ độc lập

bằng cách thay đổi điện áp mạch phần

ứng

3 Thực hiện thao tác lấy số liệu các bảng Đúng trình tự và ghi

4 Nối dây mạch điện điều khiển tốc độ

động cơ điện một chiều kích từ độc lập

bằng cách thay đổi từ thông động cơ

5 Thực hiện thao tác lấy số liệu Đúng trình tự và ghi

6 Nối dây mạch điện điều khiển tốc độ

động cơ điện một chiều kích từ độc lập

9 Bố trí dụng cụ thiết bị, nơi làm việc Gọn gàng ngăn nắp 2

10 An toàn trong quá trình lắp đặt Không xảy ra ngắn

1 Bài 1

Thông số định mức của động cơ Đúng thông số 3 Các đầu dây quấn động cơ Đúng các đầu dây quấn động cơ 2

2 Bài 2: Đặc tính điều chỉnh tốc độ của

của động cơ điện một chiều kích từ độc

lập khi thay đổi điện áp

Vẽ đặc tính IA(UA) và n(IA) khi tải

không đổi khi Mc=const)

3 Bài 3: Đặc tính điều chỉnh tốc độ của

động cơ điện một chiều kích từ độc lập

khi thay đổi từ thông

Vẽ đường đặc tính n(If) khi mômen cản

không đổi

Vẽ các đặc tính cơ và cơ điện ứng với

các giá trị từ thông khác nhau

- Nắm được cấu tạo động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

- Nắm được các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích

- Tổ chức nơi làm việc gọn gàng ngăn lắp

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

II Tóm tắt lý thuyết

1 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Sơ đồ nối động cơ kích từ nối tiếp được trình bày trên hình 2.1

- Cuộn dây kích từ và cuộn dây phần ứng được nối nối tiếp với nhau, dòng điện kích từ bằng dòng điện phần ứng

CKT : là cuộn dây kích từ;

Rpư : là điện trở phụ mạch phần ứng

2.Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

a.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

- Điện áp mạch phần ứng: UA = EA + IA

- Sức điện động phần ứng: EA = k = ken

- Mômen quay của động cơ: M  k  IA

- Phương trình biểu diễn quan hệ tốc độ và mômen quay:

R K

U





 K

UA

) K (

M: là mômen quay của động cơ;

UA : là điện áp đặt vào động cơ;

Với: rA : là điện trở cuộn dây phần ứng;

Rf : điện trở cuộn dây kích từ

Trong các phương trình trên từ thông  biến đổi phụ thuộc vào dòng điện mạch kích từ theo đặc tính từ hoá Để đơn giản khi thành lập các phương trình cácđặc tính ta giả thiết từ thông  phụ thuộc tuyến tính vào dòng điện kích từ:

B I

A KC

R KCI

U

A

1 A

A B M

- Ở chế độ không tải động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có tốc độ tương đối lớn, tạo ra vượt tốc (Over-Run), vì vậy động cơ phải mang tải để tránh chế độ vượt tốc gây nguy hiểm

- Đặc tính cơ mềm và cứng thay đổi theo phụ tải Do đó thong qua tốc độ của động cơ ta có thể biết được sự thay đổi của phụ tải Tuy nhiên không nên sử dụng động

cơ điện một chiều kích từ nối tiếp cho những truyền động yêu cầu ổn định tốc độ cao

mà nên ứng dụng cho những truyền động có yêu cầu tốc độ thay đổi theo phụ tải

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp rất thích hợp cho những truyền động làm việc thường có quá tải lớn và yêu cầu mômen khởi động lớn như máy nâng chuyển, máy cán thép…

b Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

- Để thay đổi từ thông của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có thể thực hiện bằng cách:

+ Mắc một điện trở song song với cuộn dây kích từ

+ Thay đổi số vòng dây của cuộn dây kích từ

n

M

0

Hình 2.2 Dạng đặc tính cơ của động cơ điện

một chiều kích từ nối tiếp

+ Mắc một điện trở song song với cuộn dây phần ứng

- Phương pháp mắc thêm một điện trở song song với dây quấn kích từ và thay đổi số vòng dây của cuộn kích từ dẫn đến cùng một kết quả là dòng điện kích từ giảm xuống, làm từ thông động cơ giảm xuống Như vậy hai phương pháp này chỉ điều chỉnh được từ thông  < đm và tốc độ sẽ thay đổi được trong vùng lớn hơn tốc độ định mức

- Phương pháp mắc một điện trở song song với cuộn dây phần ứng thì điện trở tổng của toàn mạch sẽ bé đi, dòng điện If = I tăng lên nên từ thông tăng lên và tốc độ quay của động cơ giảm xuống Như vậy phương pháp này chỉ điều chỉnh được tốc độ động cơ dưới vùng định mức Mặt khác hiệu quả của điều chỉnh tốc độ bằng cách tăng

từ thông còn bị hạn chế bởi sự bão hoà của mạch từ nên phương pháp này rất ít được

áp dụng

 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở vào mạch phần ứng

Phương pháp này chỉ điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức và kèm theo tổn hao trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ nên cũng ít được dùng

 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Phương pháp này chỉ điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức vì không cho phép tăng điện áp quá điện áp định mức nhưng lại giữ được hiệu suất cao do không gây them tổn hao khi điều chỉnh

Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong giao thông vận tải

III.Thiết bị, dụng cụ, vật tư phục vụ 1 bàn thực hành

tính

Số lượng

1 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp cái 1

3 Bộ nguồn một chiều điều chỉnh bằng SCR bộ 1

8 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp bộ 1

1 Tìm hiểu cấu tạo động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

a.Xác định các thông số định mức của động cơ

Dựa vào thông tin ghi trên nhãn máy, ghi lại các thông số định mức của động

cơ điện một chiều kích từ nối tiếp vào trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Bảng số liệu định mức của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

b.Xác định các đầu dây quấn của động cơ

Dựa vào thông tin ghi trên nhãn máy và các kí hiệu trên máy, ghi lại các đầu dây quấn của động cơ điện một chiều vào trong bảng 2.2

Bảng 2.2: Bảng kí hiệu các đầu dây quấn của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

1 Dây quấn phần ứng

2 Dây quấn kích từ nối tiếp

2 Kết nối bộ biến đổi - động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

a.Sơ đồ kết nối bộ biến đổi - động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp khi điều chỉnh tốc

độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ (hình 2.3)

- Cuộn dây kích từ nối tiếp (S1-S2) mắc nối tiếp với mắc nối tiếp với mạch điện phần ứng (A1-A2) và được cấp điện một chiều từ bộ nguồn một chiều điều chỉnh được điện áp dùng SCR

- Dùng đồng hồ ampe mét Ia đo dòng điện phần ứng IA, dòng điện này cũng chính là dòng điện kích từ If của động cơ

- Dùng đồng hồ vôn kế V đo điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Hình 2.3.Sơ đồ nối dây mạch điện điều chỉnh tốc độ động cơ điện

kích từ nối tiếp bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

A1

M A2

S2 S1

U