Xemtailieu he thong truyen dong dien

Điều chỉnh tốc độ truyền động điện 3.1.Khái niệm chung về điều chỉnh tốc độ 3.2.Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống truyền động điện Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 4.1.Khái n

Những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện

1.2 Khái niệm chung về đặc tính cơ của động cơ điện 1.3.Đặc tính cơ của

máy sản xuất

13-15

1.4.Các trạng thái làm việc của động cơ điện sử dụng trong hệ thống TĐĐ 16-19

Các đặc tính và các trạng thái làm việc của động cơ điện

a.Phương trình cân bằng điện áp

b.Phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ

2.2.4 Cách dựng đặc tính

2.2.5.Khởi động và tính điện trở khởi động:

a.Yêu cầu, đặc điểm, sơ đồ khởi động

b.Các phương pháp tính toán điện trở khởi động

- Phương pháp đồ thị

- Phương pháp giải tích

2.2.6.Đặc tính cơ trong các trạ00ng thái hãm

a Hãm tái sinh

b Hãm ngược

c Hãm động năng

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

2.3.1.Sơ đồ nguyên lý và phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ

2.3.2.Cách dựng đặc tính cơ điện, đặc tính cơ tự nhiên, nhân tạo

2.3.3.Khởi động và tính điện trở khởi động

a Đặc tính dòng điện rôto của động cơ

b Đặc tính cơ của động cơ

2.4.2.Ảnh hưởng của các thông số tới đặc tính cơ

a.Ảnh hưởng của suy giảm điện áp tới đặc tính cơ

b.Ảnh hưởng của điển trở điện kháng phụ mạch stato

c Ảnh hưởng của số đôi cực

d Ảnh hưởng của tần số lưới điện cung cấp cho động cơ

e Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto đối với động cơ không đồng bộ

rôto dây quấn

2.4.3.Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ biến trở

a.Đặc tính cơ tự nhiên

b.Đặc tính cơ biến trở đối với động cơ rôto dây quấn

2.4.4.Khởi động và xác định điện trở khởi động

2.4.5.Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm

Điều chỉnh tốc độ truyền động điện

3.1.Khái niệm chung về điều chỉnh tốc độ

3.2.Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống truyền động điện

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

4.1.Khái niệm chung

4.2.Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng

4.3 Nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch phần ứng

4.4.Nguyên lý điều chỉnh từ thông

4.5.Hệ thống truyền động điện máy phát - động cơ điện một chiều

4.6.1.Hệ thống truyền động điện T-Đ đặc trưng

4.6.3.Đặc tính cơ của hệ thống truyền động điện Tiristor động cơ điện 1

4.6.4.Hệ thống truyền động điện T-Đ một chiều đảo chiều quay

4.6.4.1 Khái niệm chung

4.6.4.2 Hệ thống truyền động điện T – Đ đảo chiều điều khiển chung

4.6.4.3 Hệ thống truyền động điện T– Đ đảo chiều điều khiển riêng

4.6.4.4 Ưu điểm, nhược điểm của hệ T - Đ

4.6.5.Các hệ thống truyền động điện điều chỉnh xung áp động cơ điện

Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

5.1.Khái niệm chung

5.2.Điều chỉnh điện áp động cơ

5.3.Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto

5.4.Điều chỉnh công suất trượt

5.5.Điều chỉnh số đôi cực

5.6.Điều chỉnh tần số

Chương VI

Chọn công suất động cơ

6.1.Khái niệm chung

6.2.Phương trình phát nóng và nguội lạnh của động cơ

6.3.Các chế độ làm việc của động cơ trong hệ thống truyền động điện

6.4.Chọn công suất động cơ cho hệ thống truyền động điện không điều

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1a

Mã số học phần:

Số tín chỉ:3

Tính chất: Bắt buộc

Học phần thay thế, tương đương: Không

Ngành (chuyên ngành) đào tạo: TĐH, TBĐ

1 Phân bổ thời gian giảng dạy trong học kì : 3(3.1.6)/13 (13 tuần thực học)

Số tiết thực lên lớp : 4 tiết/tuần x 13 tuần= 52 tiết

- Lý thuyết : 3 tiết/tuần x 13 tuần= 39 tiết= 39 tiết chuẩn

- Bài tập, thảo luận : 1 tiết/tuần x 13 tuần= 13 tiết = 6,5 tiết chuẩn

Tổng số : 39 tiết chuẩn + 6,5 tiết chuẩn = 45,5 tiết chuẩn

Số tiết sinh viên tự học : 6 tiết/tuần

2 Đánh giá

Điểm thứ nhất : 20% Kiểm tra viết giữa học kỳ

3 Điều kiện học

Học phần tiên quyết: Lý thuyết điều khiển 1a; Máy điện; Lý thuyết mạch 1 Học phần học trước: Đại số , Giải tích, Vật lý, Toán chuyên ngành; Điện tử, Máy điện

Học phần song hành: TĐĐ1, Lý thuyết điều khiển 2, Lý thuyết mạch 2

4 Mục tiêu của học phần

Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về đặc tính cơ, các trạng thái hãm, quá trình khởi động, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, xoay chiều sử dụng trong các hệ thống truyền động điện cơ bản, hệ thống truyền động điện hiện đại

5 Mô tả tóm tắt học phần

- Những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện

- Đặc tính cơ, các trạng thái hãm, quá trình khởi động của động cơ điện một chiều, xoay chiều

- Những chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật khi điều chỉnh tốc độ truyền động điện

- Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, xoay chiều

- Chọn công suất động cơ cho truyền động điện

- Quá trình quá độ trong truyền động điện

6 Tài liệu học tập

1 Giáo trình Truyền động điện

2.Bùi Đình Tiếu, Phạm Duy Nhi, Cơ sở truyền động điện, Hà Nội 1983

3.Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện,

Hà Nội 2000

4.Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện Tử công suất Hà

Nội 2004

5.Nguyễn Bính, Điện Tử Công suất, Hà Nội 2004

6.Võ Quang Lạp – Trần Xuân Minh, Kỹ Thuật biến đổi, Đại học kỹ thuật

Công Nghiệp 1999

7.Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà

xuất bản Giáo Dục 1998

7 Tài liệu tham khảo

8 Cán bộ tham gia giảng dạy

Là giáo viên chính thức hoặc hợp đồng của bộ môn

8.1 Giảng lý thuyết :

Nhà giáo đã tốt nghiệp từ thạc sĩ trở lên có kinh nghiệm trong giảng dạy được

bộ môn phân công

8.2 Hướng dẫn thảo luận, bài tập lớn, chữa bài tập:

Nhà giáo đã tốt nghiệp đại họcđược bộ môn phân công

9 Nội dung chi tiết (4 tiết/ tuần )

Người biên soạn: Th.S Đào Thanh

Th.S Lâm Hùng Sơn Th.S Nguyễn Vĩnh Thuỵ Th.S Trương Thị Quỳnh Như Th.S Hoàng Thị Thu Giang Th.S Ngô Minh Đức

KS Nguyễn Thị Tuyết Chinh

Tuần

học Nội dung giảng dạy

Hình thức học

TL học tập, tham khảo

1

Chương I

Những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện

1.1.Cấu trúc và phân loại:

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

1.3.Đặc tính cơ của máy sản xuất

Giảng

1,2,3

1.4.Các trạng thái làm việc của động cơ điện sử dụng trong hệ

thống TĐĐ

1.5.Tính toán quy đổi các khâu cơ khí của hệ thống truyền

động điện

1.5.1.Quy đổi mômen cản Mc, lực cản Fc về trục động cơ

1.5.2.Tính toán mômen quán tính về trục động cơ

1.6.Phương trình chuyển động của truyền động điện

1.7.Điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện

1.8.Phương trình chuyển động của khớp nối mềm

2

Chương II

Các đặc tính và các trạng thái làm việc của động cơ điện

2.1.Khái niệm chung

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

2.2.1.Sơ đồ và đặc điểm

2.2.2.Phương trình đặc tính cơ

a.Phương trình cân bằng điện áp

b.Phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ

2.2.3 Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính

2.2.4 Cách dựng đặc tính

2.2.5.Khởi động và tính điện trở khởi động:

a.Yêu cầu, đặc điểm, sơ đồ khởi động

b.Các phương pháp tính toán điện trở khởi động

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

2.3.1.Sơ đồ nguyên lý và phương trình đặc tính cơ điện, đặc

a Hãm ngược

b Hãm động năng

2.4.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

2.4.1.Các đặc tính:

a Đặc tính dòng điện rôto của động cơ

b Đặc tính cơ của động cơ

5

2.4.2.Ảnh hưởng của các thông số tới đặc tính cơ

a.Ảnh hưởng của suy giảm điện áp tới đặc tính cơ

b.Ảnh hưởng của điển trở điện kháng phụ mạch stato

c Ảnh hưởng của số đôi cực

d Ảnh hưởng của tần số lưới điện cung cấp cho động

cơ

e Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto đối với động cơ

không đồng bộ rôto dây quấn

2.4.3.Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ biến trở

a.Đặc tính cơ tự nhiên

b.Đặc tính cơ biến trở đối với động cơ rôto dây quấn

2.4.4.Khởi động và xác định điện trở khởi động

2.4.5.Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm

3.1.Khái niệm chung về điều chỉnh tốc độ

3.2.Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống truyền động điện

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

4.1.Khái niệm chung

4.2.Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng

4.3 Nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch phần ứng

4.4.Nguyên lý điều chỉnh từ thông

4.5.Hệ thống truyền động điện máy phát - động cơ điện một

4.6.1.Hệ thống truyền động điện T-Đ đặc trưng

4.6.2.Các chế độ làm việc và các quá trình xẩy ra trong hệ

T-Đ

4.6.3.Đặc tính cơ của hệ thống truyền động điện Tiristor động

cơ điện 1 chiều

4.6.4.1 Khái niệm chung

4.6.4.2 Hệ thống truyền động điện T - Đ đảo chiều

điều khiển chung

4.6.4.3 Hệ thống truyền động điện T-Đ đảo chiều điều

khiển riêng

4.6.4.4 Ưu điểm, nhược điểm của hệ T-Đ

12

4.6.5.Các hệ thống truyền động điện điều chỉnh xung áp động

cơ điện một chiều

4.6.5.1 Hệ xung áp mạch đơn

4.6.5.2 Đặc tính cơ

4.6.5.3 Điều chỉnh xung áp đảo chiều

Chương V

Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

5.1.Khái niệm chung

5.2.Điều chỉnh điện áp động cơ

5.3.Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto

5.4.Điều chỉnh công suất trượt

Chọn công suất động cơ

6.1.Khái niệm chung

6.2.Phương trình phát nóng và nguội lạnh của động cơ

6.3.Các chế độ làm việc của động cơ trong hệ thống truyền

A PHẦN LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

* Mục tiêu:

Cung cấp cho sinh viên những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện trong đó có cấu trúc hệ truyền động điện, đặc tính cơ của động cơ, đặc tính cơ của máy sản xuất, các trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện

* Tóm tắt nội dung:

Nêu các định nghĩa, các khái niệm về các loại đặc tính, việc tính toán quy đổi các đại lượng trong truyền động điện; phương trình chuyển động, cũng như điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện

1.1.CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI

1.1.1.Cấu trúc

* Khái niệm về hệ thống truyền động điện:

Hệ thống truyền động điện là tập hợp các thiết bị như: Thiết bị điện, thiết bị từ, thiết bị điện tử phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện - cơ cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó

* Cấu trúc chung của một hệ thống truyền động điện

Hình 1.1 Cấu trúc chung của một hệ thống truyền động điện

Tuy nhiên trong thực tế không phải hệ thống truyền động điện nào cũng có đầy

đủ cấu trúc như hình 1.1

- Trong hệ thống truyền động điện gồm có 2 phần điện và phần cơ khí

a Phần điện:

+ BBĐ: Là bộ biến đổi biến điện năng từ lưới công nghiệp có tần số và điện áp

cố định thành dạng (điện) cần thiết với những thông số yêu cầu để cấp cho động cơ Thường là bộ biến đổi máy điện (Máy phát 1 chiều, xoay chiều), bộ biến đổi điện từ (Khuếch đại từ, cuộn kháng bão hoà), bộ biến đổi điện tử (chỉnh lưu thyristor, biến tần tranzitor)

+ Đ: Là động cơ điện là phần tử trung tâm không thể thiếu của truyền động điện nó có thể là:

Động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, động cơ điện một chiều kích từ song song, động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

Động cơ điện xoay chiều: Động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ

Ngoài ra còn có thể sử dụng một số loại động cơ đặc biệt khác

+ ĐK: Là bộ điều khiển Gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số

và công nghệ, ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển đóng, cắt phục vụ công nghệ

Lệnh đặt

Lưới

ĐK

và cho người vận hành Một số hệ điều khiển tự động có mảnh ghép nối với các thiết bị tự động khác trong dây truyền sản xuất

1.1.2.Phân loại

Truyền động điện có rất nhiều loại, ta có thể phân loại chúng bằng nhiều cách khác nhau:

a Phân loại theo loại động cơ sử dụng trong hệ

- Truyền động một chiều: sử dụng động cơ một chiều

- Truyền động xoay chiều: có 2 loại

- Truyền động bước: sử dụng động cơ bước

- Truyền động đặc biệt: sử dụng các loại động cơ đặc biệt khác

b Phân loại dựa vào múc độ tự động hoá:

- Truyền động không điều chỉnh: Động cơ chỉ làm việc ở một cấp tốc độ đặt

- Truyền động điều chỉnh: Động cơ làm việc ở nhiều cấp tốc độ khác nhau

- Truyền động bán tự động ứng dụng nguyên tắc điều khiển vòng hở

- Truyền động tự động: ứng dụng các phương pháp điều khiển vòng kín

c Phân loại theo chiều quay của động cơ

- Hệ truyền động đảo chiều: Khi động cơ làm việc ở cả hai chiều quay

- Hệ truyền động không đảo chiều: Khi động cơ chỉ quay được một chiều

1.2 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1.2.1 Khái niệm

- Đặc tính cơ của động cơ điện: là quan hệ giữa tốc độ quay trên trục động cơ

và mô men trên trục động cơ

 = f(M) Hay M = ()

- Đặc tính cơ điện của động cơ: là quan hệ giữa tốc độ quay trên trục động cơ

với dòng điện trong mạch động lực ( dòng điện này tỷ lệ với phụ tải, khi tải thay đổi thì dòng cũng thay đổi) Nó cho phép ta biết được các giá trị dòng điện trong quá trình làm việc của hệ thống từ đó tính toán được các thiết bị đo lường, bảo vệ

+ Xác định điều kiện đầu (bờ) của quá trình quá độ

truyền động điện

Mục đích: Đánh giá chất lượng động của hệ thống

+ Điện áp lưới, tần số định mức

+ Sơ đồ đấu dây bình thường

+ Không thêm vào hoặc bớt đi điện trở và điện kháng

dMcc



Vậy khi phụ tải thay đổi trong phạm vi cho

phép nếu tốc độ  thay đổi ít thì người ta nói rằng

đặc tính cơ đó có độ cứng lớn Ngược lại thì

người ta gọi đặc tính cơ đó mềm

Hệ thống truyền động điện trong phạm vi

làm việc mong muốn đường đặc tính cơ  lớn

(cứng)

b Cách xác định

Để xác định độ cứng đặc tính cơ có 2 cách:

Cách 1: Bằng đồ thị

Cách 2: Giải tích khi có phương trình đặc tính cơ

Ta đi vào phương pháp cụ thể là xác định độ cứng đặc tính cơ bằng đồ thị:

Tại điểm A bất kỳ kẻ tiếp tuyến với điểm đó, tiếp tuyến kéo dài cắt trục tung(trục tốc độ) tạo thành góc  với quy ước chiều dương ngược chiều kim đồng

 = tg =  đặc tính cơ là cứng tuyệt đối

(2) là đường đặc tính cơ của động cơ

điện một chiều kích từ độc lập ta thấy 

không đổi và 2 > 

2



tg2 < 0 (3) là đường đặc tính của động cơ

điện một chiều kích từ nối tiếp đặc tính

cơ dạng đường cong 3 > 

2



tg3 <

0  = var

Đối với động cơ không đồng bộ đặc tính cơ có dạng như hình (4) ta thấy 

biến đổi cả về dấu và trị số Theo dấu của  người ta chia ra thành hai đoạn cơ bản: đoạn ab có  âm gọi là đoạn làm việc, và đoạn bc có  dương gọi là đoạn không làm việc

1.3 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY SẢN XUẤT

1.3.1 Công thức tổng quát của đặc tính cơ của máy sản xuất

Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng nhưng phần lớn chúng đều có thể biểu diễn bằng biểu thức tổng quát sau:

MC: Momen cản trên trục của máy sản xuất ứng với tốc độ C

MC0: Mômen cản của máy sản xuất khi không quay (C = 0)

MCđm: Mômen cản định mức là mômen trên trục của máy sản xuất ứng với tốc

(2) Ứng với: x = 1 Mô men tỷ lệ

bậc nhất với tốc độ c = const > 0 Trog

thực tế rất ít gặp

+Là mô men cản trên trục của máy

phát điện một chiều kích từ độc lập khi

làm việc với phụ tải thuần trở

+Mômen cản do ma sát trượt sinh

ra

(3) Ứng với: x = 2, MC tỷ lệ bậc hai với tốc độ, C biến đổi và dương, mômen phụ tải của quạt gió của máy bơm ly tâm

(4) ứng với x = -1, MC tỷ lệ nghịch với tốc độ, C biến đổi và âm

+Mômen của truyền động chính của máy tiện, phay, khoan

làm việc của truyền động điện Ta định nghĩa dòng công suất điện có giá trị dương nếu như có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ Pcơ=M. cấp cho máy sản xuất

Công suất cơ này có giá trị dương nếu như mô men động cơ sinh ra có chiều cùng chiều với tốc độ quay

Ngược lại công suất có giá trị âm 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 sinh ra ngược chiều với tốc độ quay

hay môme cản Nó được định nghĩa dấu (-) và dấu (+) ngược lại với dấu mômen của động cơ

Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động là

PĐ= PC + P Trong đó:

PĐ: Công suất điện

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

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

- Trạng thái hãm bao gồm trạng thái hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngược,

và hãm động năng

+ Hãm tái sinh: PĐ < 0; PC <0 Cơ năng biến thành điện năng trả về lưới

+ Hãm ngược: PĐ = 0; PC < 0; Năng lượng biến thành công suất tổn thất P

Biểu đồ công

suất P điện P cơ P Trạng thái làm việc

Thì hệ thống sẽ làm việc xác lập khi MĐ - MC = 0 0

dt

d

 = xl = const

Quá trình này có thể bị phá vỡ do nhiều nguyên nhân Ulưới, các thông số của hệ thống truyền động điện biến thiên, khi gia công kim loại gặp một chất liệu cứng hơn

- Theo quy ước về dấu của các mômen trong phương trình chuyển động thì ở mômen động cơ cùng chiều với tốc độ còn mômen cản ngược chiều với tốc độ vì vậy ta có thể biểu diễn trên cùng một hệ trục tọa độ

- Nếu M = f() ; MC = f(C) thì 2 phương trình sẽ cắt nhau tại 1 điểm xác lập Mc = f() ; M = f() tựa xác lập

1.4.2 Trạng thái động cơ và trạng thái máy phát

Ở trạng thái này động cơ sẽ làm việc như một máy phát, mômen hãm sinh ra

do quá trình biến đổi năng lượng từ cơ ra điện và đóng vai trò là mômen hãm Mhãm Biểu diễn trên đồ thị ở góc phần tư thứ II và thứ V

1.5 TÍNH TOÁN QUY ĐỔI CÁC KHÂU CƠ KHÍ CỦA HỆ THÔNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

* Cấu trúccủa hệ thống truyền động điện

- Thay thế toàn bộ các khâu cơ khí bằng mẫu cơ

học đơn khối như:

+ MCqđ: Mômen cản qui đổi về trục động cơ

+ Jqđ: Mômen quán tính qui đổi về trục động cơ

+ Mđ, đ: Mômen quán tính và tốc độ quay của

động cơ

* Mục đích của việc tính quy đổi:

Trong sơ đồ động học trên ta thấy: động cơ, các bánh răng, tang quay có chuyển động quay với các tốc độ khác nhau, có mômen quán tính J khác nhau, có mômen quay khác nhau

Các mômen và các lực tác dụng vào hệ thống cơ những điểm đặt khác nhau

Vì vậy muốn tính chọn được công suất của động cơ: viết phương trình cân bằng lực hay cân bằng mômen của toàn hệ: khảo sát sự chuyển động, các trạng thái làm việc của hệ trên các phần cơ khí của động cơ thì ta phải tính quy đổi tất cả các đại lượng cơ học như mômen, lực, mômen quán tính J, khối quán tính m của các phần tử cơ khí khác về trục động cơ

1.5.1 Qui đổi mômen cản M C , lực cản F C về trục động cơ

Nguyên tắc của tính toán qui đổi là đảm bảo năng lượng của hệ trước và sau khi qui đổi không thay đổi hay công suất không đổi

a Quy đổi mô men cản M C về trục động cơ

Giả thiết tang quay có mômen là Mt, tốc độ góc t, hộp tốc độ có hiệu suất ,

tỉ số truyền i, động cơ có tốc độ góc đ

Pt =t.Mt; PC = MC.đ.

Theo định luật bảo toàn năng lượng:

Mt.t = MC.đ.  .

C d



  là tỉ số truyền

t C

b Qui đổi lực cản F C về trục động cơ

Giả thiết trọng tải G dinh ra lực FC và vận tốc chuyển động tịnh tiến là v Tính qui đổi FC về trục động cơ

Điều kiện là giữ công suất của tải trọng không thay đổi:

Từ: Pt = FC.vt và PC = MCđ. . .

C d

1.5.2 Tính qui đổi tất cả mômen quán tính về trục động cơ

Giả sử: Động cơ có mômen quán tính Jđ, hộp biến tốc có K bánh răng mỗi bánh răng của nó có mômen quán tính J1, J2, J3 Jk và mỗi bánh răng quay với tốc

+Mômen (lực) gây chuyển động Mđ(M); Fđ(F)

+ Mômen (lực)cản lại chuyển động MC(FC)

+ Tốc độ chuyển động v

+ Thời gian chuyển động t

Bốn thông số này liên quan với nhau trong phương trình chuyển động của hệ thống truyền động điện, đó là những phương trình cân bằng lực hoặc cân bằng mômen của toàn hệ

1.6.2 Phương trình chuyển động tịnh tiến

Giả thiết một vật có khối lượng m chuyển động với vận tốc v trong thời gian t

nó sẽ có động năng:

22

mv

A

Và sinh ra một công suất động trong hệ thống

2

1.6.3 Phương trình chuyển động quay

Giả thiết một vật coa khối lượng m chuyển động với vận tốc , vật này có mômen quán tính J, khi đó động năng tích luỹ của vật quay là

22

W  J Công suất động sinh ra

22

Pđ: Công suất gây chuyển động của động cơ

Pc: Công suất động đặc trưng cho sự thay đổi động năng của hệ

Do đó chuyển động quay có mô men quán tính J = const

MC: Mô men của cơ cấu chuyển đông quay

Mđ: Mô men động cơ

Nhận xét:

-Dấu của Mđ được xác định: Chọn chiều quay của động cơ và gọi đó là chiều quay thuận của động cơ Nếu MĐ cùng chiều với chiều quay thuận thì phương trình trước nó có dấu dương, ngược lại thì có dấu âm

-Dấu của MC được xác định: Nếu ngược chiều với chiều quay thuận thì lấy dấu dương, ngược lại nếu cùng chiều với chiều quay thuận thì lấy dấu âm

-Căn cứ vào phương trình chuyển động cơ bản ta đánh giá trạng thái làm việc của hệ thống

1.7 ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH TĨNH

Ổn định của hệ thống truyền động điện rất quan trọng nó ứng với điểm làm việc xác lập của hệ thống (Mđ = Mc) trong quá trình làm việc do nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan điểm làm việc xác lập bị phá vỡ Nếu hệ thống truyền động điện sau một thời gian tự đưa về được điểm ổn định ta nói hệ thống đó làm việc ổn định Nếu không quay trở về được ta nói hệ thống làm việc không ổn định và người

ta chia ra quá trình mất ổn định làm 2 loại:

+ Loại thứ nhất có mức độ diễn biến nhanh nên bắt buộc phải xét đến quán tính điện từ và cơ học của hệ Độ ổn định tương ứng với loại này gọi là ổn định động

+ Loại thứ 2: Có mức độ diễn biến chậm đên mức có thể bỏ qua quán tính điện

từ và cơ học, nghĩa là chỉ cần quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối của quá trình Độ ổn định tương ứng với loại này gọi là độ ổn định tĩnh của hệ thống truyền động điện

- Tiêu chuẩn ổn định tĩnh phát biểu:

Điều kiện cần và đủ để một trạng

thái xác lập của hệ thống truyền động điện

ổn định là gia số tốc độ, đặc trưng cho

hiện tượng mất cân bằng và mômen động

xuất hiện khi đó phải ngược dấu nhau:





dg M

Giả sử hệ thống truyền động điện:

Tăng tốc  =2 - 1 > 0 (2 > 1) Mđg < 0: Hệ thống truyền động điện ổn định

Giảm tốc  =2 - 1 < 0 (2 < 1) Mđg > 0

+ Để xét ổn định tĩnh của hệ thống truyền động điện ta có thể dựa vào đặc tính

cơ của động cơ và đặc tính cơ của phụ tải

Trên hình vẽ, A là điểm làm việc xác lập với xlA; tại B có xlB

 = B - A đủ nhỏ

 có thể coi đặc tính cơ của động cơ và của phụ tải là thẳng nghĩa là thay các đặc tính cơ bằng các tiếp tuyến của chúng tại điểm xác lập Các tiếp tuyến này tạo với trục  theo chiều dương các góc 

Với giả thiết trên ta có : Mđ = .; Mc = .; Mđg = ( - c).

1.8 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHỚP NỐI MỀM

Thực tế có một số truyền động dung khớp nối mềm trong trường hợp này không thể dung phương trình động học (1-11) và phương trình quy đổi về trục động

cơ để mô tả động lực học như thường lệ

Xét cơ cấu truyền động mô tả như hình vẽ:

Phương trình mô tả động học của hệ gồm các PT

- Cho điểm đối với trục động cơ:

dt

d J

M     

Và M2 = C(1 -2 ) +K2 (1- 2)

Trong đó: k1, k2, k3 là hệ số tắt doa động

1, 2: là hệ số góc xoắn C: là hệ số đàn hồi

Chương 2 Các đặc tính cơ vμ các trạng thái lμm việc của động cơ điện

- Động cơ điện một chiểu kớch từ độc lập

- Động cơ điện một chiểu kớch từ nối tiếp

- Động cơ khụng đồng bộ

- Động cơ đồng bộ

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Như trong chương 1 đã nêu, quan hệ giữa tốc độ và mômen của động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ:  = f(M) hoặc n = f(M)

Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất c = f(Mc) hoặc nc = f(Mc)

Các đặc tính cơ trên có thể biểu diễn ở dạng hàm thuận hoặc hàm ngược, ví dụ

M = f() hay n = f(M)

Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ:  = f(I) hoặc n = f(M)

Trong các biểu thức trên: - : Tốc độ góc, rad/s

- n: Tốc độ quay, v/ph

- M: Mômen, Nm Trong nhiều trường hợp để đơn giản trong tính toán hoặc dễ dàng so sánh, đánh giá chế độ làm việc của truyền động điện, người ta có thể dùng hệ đơn vị tương đối Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng đơn vị tương đối ta lấy trị số của nó chia cho trị số cơ bản của đại lượng đó Các đại lượng cơ bản thường được chọn: Uđm, Iđm, đm, Mđm, đm, Rcb

Với đại lượng tương đối ta dùng ký hiệu “*” ví dụ điện áp tương đối là U*, mômen tương đối là M* M số thông số có thể tính được trong hệ đơn vị tương đối như sau:

- Tốc độ cơ bản của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ hỗn hợp và tốc độ không tải lý tưởng o, tốc độ của động cơ không đồng bộ và động cơ đồng

bộ là tốc độ đồng bộ 1 Còn đối với động cơ kích từ nối tiếp tốc độ cơ bản là đm

- Trị số điện trở cơ bản là Rcb

Với các động cơ một chiều :

dm

dm cb I

U

R Với các động cơ không đồng bộ thông thường điện kháng định mức ở mỗi pha của roto rất nhỏ so với tổng trở định mức nên ta có thể coi gần đúng là:

Trong đó: - E2đm: Sức điện động ngắn mạch của roto

- I2đm: Dòng điện định mức ở mỗi pha roto Nếu mạch roto đấu tam giác thì điện trở định mức mỗi pha của roto là:

Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì

mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi

là động cơ kích từ song song

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và

mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được gọi

là động cơ một chiều kích từ độc lập

2.2.2 Phương trình đặc tính cơ

2.2.2.1 Phương trình cân bằng điện áp

Khi động cơ làm việc, rôto mang cuộn dây phần ứng quay trong từ trường của

cuộn cảm nên trong cuộn ứng xuất hiện một sức điện động cảm ứng có chiều ngược

với điện áp đặt vào phần ứng động cơ Theo sơ đồ nguyên lý trên hình 2.1 và hình

2.2, có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng (rôto) như sau:

- Rư : Điện trở cuộn dây phần ứng ()

- Rp : Điện trở phụ mạch phần ứng ()

- Iư : Dòng điện phần ứng động cơ (A)

- r− : Điện trở cuộn dây phần ứng

- rct : Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp

- rcb : Điện trở cuộn bù

- rcp : Điện trở cuộn phụ

2.2.2.2 Phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ

Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rôto:

- N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng

- a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

- : Tốc độ góc của động cơ (rad/s)

K =

a

pN



2 là hệ số kết cấu của động cơ

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

Và

55 , 9 60

I K

R R K

U





là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ

Mặt khác mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi: Mđt = K..Iu

dt f u u

M K

R R K

U

2

) ( 

R R K

U u u f

2

) ( 



Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đồ thị của chúng được biểu diễn trên hình 2.3 là những đường thẳng

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

R R

Inm và Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch

Mặt khác phương trình đặc tính cũng có thể được viết dưới dạng:

R K

R K

f

M K

R I

K

R

) ( 

Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ và đặc tính cơ điện trong hệ đơn vị tương đối, với điều kiện từ thông là định mức ( = đm)

được gọi là điện trở cơ bản

Ta viết đặc tính cơ và đặc tính cơ điện ở đơn vị tương đối:

2.2.3 Ảnh hưởng của các thông số đối với đặc tính cơ

Phương trình đặc tính cơ (2.10) cho thấy, đường đặc tính cơ bậc nhất  = f(M) phụ thuộc vào các hệ số của phương trình, trong đó có chứa các thông số điện Uư,

RƯ và  Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng thông số này Khi xét đến ảnh hưởng của các thông số người ta thường chỉ cho một thông số biến thiên, còn các thông số khác giữ nguyên ở giá trị định mức

a) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng

Ta xét đến ảnh hưởng của điện áp phần ứng

với các thông số như sau:

- Uư = var

-  = đm

- R = Rư = const

Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với

Uđm các thông số đặc tính cơ như sau:

dm

x ox K



+ Mômen ngắn mạch: Mnm = KIư , mômen ngắn mạch giảm dần khi ta giảm điện áp phần ứng

Kết luận: Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng đặt vào động cơ ta được một

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

Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động



TN

Uđm U1

b) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng

Ta xét ảnh hưởng điện trở phần ứng với các thông số như sau:

số đặc tính cơ như sau:

+ Tốc độ không tải lý tưởng:

const K

U dm

dm

R R K dM

d d

R

K )2( 

TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên

có đặc tính cơ cứng hơn tất cả các đặc tính cơ có

điện trở phụ

Kết luận: Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R f

ta có họ đặc tính biến trở có dạng như hình 2.4

động cơ càng giảm, đồng thời điện trở ngắn mạch

và mômen ngắn mạch càng giảm

Người ta thường sử dụng phương pháp này để

hạn chế dòng điện khởi động và điều chỉnh tốc độ

động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

c Ảnh hưởng của từ thông

Ta xét ảnh hưởng của từ thông với các thông số như sau:

- Uư = Uđm

-  = var

- R = Rư = const

Để thay đổi từ thông , ta phải thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc

ở mạch kích từ của động cơ Vì chỉ có thể tăng điện trở mạch kích từ nhờ Rkt nên từ

Rf3

M

Mc

Hình 2.4 Các đặc tính cơ của ĐC một chiều kích từ độc lập khi thay đổi (tăng) điện trở phụ

Rf4

thông kích từ chỉ có thể thay đổi về phía giảm so với từ thông định mức Các thông

số đặc tính cơ thay đổi như sau:

x

đm ox K

+ Mômen ngắn mạch: Mnm = KxInm=var

Trường hợp này, cả tốc độ không tải lý tưởng và độ dốc đặc tính cơ đều thay đổi

Kết luận: Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ

giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên

R I U

Hình 2.6: Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của ĐC một chiều kích từ độc lập

khi giảm từ thông

Điểm thứ hai: Iư = Iđm,  = đm với

55 , 9

dm dm n

R I U K



   .Điểm thứ hai: M = Mđm,  = đm

Trong đó:

dm

dm dm

P M



b) Cách vẽ đặc tính cơ nhân tạo

Đặc tính biến trở: Các đặc tính biến trở đều bị đi qua điểm không tải lý tưởng

o, vì vậy khi vẽ các đặc tính này chỉ cần xác định điểm thứ 2 Thường chọn là điểm ứng với tải định mức

Đối với đặc tính cơ điện:  ứng với Iđm

Đối với đặc tính cơ:  ứng với Mđm

Từ phương trình đặc tính cơ điện tự nhiên ta có:

dm

u dm dm

dm tn

K

R I U

dm nt

K

R R I U



) ( 

f u dm dm

dm tn

dm nt

R I U

R R I U

.

) (

Từ các số liệu đã biết trên ta vẽ được các đặc tính biến trở (hình 2.8)

Thông thường giá trị điện trở phần ứng Rư không ghi trên nhãn máy Do vậy lúc

đó ta có thể tính gần đúng giá trị Rư Một trong các phương pháp tính gần đúng là dựa vào giá trị hiệu suất định mức đã biết đm và tính được tổn thất của máy điện ở chế độ định mức Coi gần đúng tổn thất do điện trở phần ứng gây ra bằng một nửa tổn thất Như vậy ta tính gần đúng giá trị điện trở phần ứng là:

Rư = 0,5.(1 - đm)

dm

dm I

Đặc tính cơ điện

Khi giảm từ thông tốc độ không tải lý

tưởng của động cơ tăng tỉ lệ với độ giảm từ

thông Còn dòng điện ngắn mạch Inm không

đổi Vì vậy khi vẽ đặc tính cơ điện ta cần xác

định hai điểm: Điểm không tải lý tưởng ứng

với giá trị suy giảm từ thông và điểm còn lại

Cách vẽ đặc tính cơ giảm từ thông cũng

tương tự như đặc tính cơ điện nhưng thay giá

trị Inm không đổi ở đặc tính cơ điện bằng giá

trị mômen ngắn mạch thay đổi



nm dm nm

M

2.2.5 Khởi động và tính toán điện trở khởi động

2.2.5.1 Yêu cầu, sơ đồ và đặc điểm khi khởi động

a) Yêu cầu:

Nếu khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp đóng trực tiếp thì ban đầu tốc độ động cơ còn bằng 0 nên dòng khởi động ban đầu rất lớn (Inm = Uđm/R− ≈ 20-25Iđm)

Như vậy nó đốt nóng động cơ và gây sụt áp lưới điện Hoặc làm cho sự chuyển mạch khó khăn, hoặc mômen mở máy quá lớn sẽ tạo ra các xung lực động làm hệ truyền động bị giật, lắc, không tốt về mặt cơ học, hại máy và có thể gây nguy hiểm như: gãy trục, vỡ bánh răng, đứt cáp, đứt xích

Tình trạng càng xấu hơn nếu như hệ TĐĐ thường xuyên phải mở máy, đảo chiều, hãm điện thường xuyên như ở máy cán đảo chiều, cần trục, thang máy

Để đảm bảo an toàn cho máy tránh khỏi các nguy hiểm ở trên, thường chọn:

Muốn thế, người ta thường đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng ngay khi bắt đầu khởi động, và sau đó thì loại dần chúng ra để đưa tốc độ động cơ lên xác lập

b) Sơ đồ:

c) Đặc điểm

Trị số của điện trở phụ tổng mắc trong mạch khởi động được chọn sao cho khi khởi động ( = 0) thì dòng điện khởi động không vượt quá 2,5Iđm để đảm bảo an toàn cho động cơ và các cơ cấu truyền động Ngoài ra Inm cũng không nên quá nhỏ khiến Mnm cũng nhỏ đi so với mômen cản Thông thường:

dm f

u

dm

R R

dm

R R

K U

độ dốc giảm dần tương ứng với việc cắt dần các điện trở phụ tại các điểm g,e,c

Cuối cùng động cơ tăng tốc độ trên đặc tính tự nhiên và làm việc ổn định tại điểm

A Tại đó dòng điện động cơ bằng dòng tải (I = Ic)

2.2.5.2 Các phương pháp xác định điện trở khởi động

Muốn xác định trị số điện trở phụ khởi động có thể dùng các phương pháp sau:

a

b c

e g

- Cho động cơ và các thông số động cơ

- Dựa vào yêu cầu khởi động

- Biết rằng khi làm việc động cơ tồn tại hai loại quán tính là quán tính cơ học và quán tính điện

* Các bước xác định điện trở khởi động

- Dựa vào các thông số của động cơ vẽ đặc tính cơ tự nhiên

- Chọn hai giới hạn chuyển dòng điện khởi động động cơ

I1 22,5 Iđm; I2 1,11,3 Iđm

- Lấy giá trị I1, I2 trên trục hoành, từ I1, I2 kẻ hai đường dóng song song với trục tung cắt đường đặc tính tự nhiên tại a và b, nối o với h (I1) ta được đặc tính khởi động đầu tiên Đặc tính này cắt đường dóng I2 tại g Tại g ta cắt bớt điện trở phụ

Do quán tính điện vô cùng nhỏ, và quán tính cơ lớn nên điểm làm việc chuyển sang điểm f (f là giao điểm của đường đường song song với trục hoành cắt đường dóng

I1) Nối o với f ta được đường đặc tính khởi động thứ hai…cứ tiếp tục như vậy tới khi từ c kẻ đường song song với trục hoành sẽ gặp điểm b Nếu điều kiện này không thỏa mãn ta phải chọn lại I1,I2 rồi vẽ lại cho đến khi đạt được Ngoài ra đặc tính khởi động còn phải đảm bảo số cấp khởi động yêu cầu

- Xác định giá trị của các điện trở khởi động:

Dựa vào biểu thức của độ sụt tốc độ  trên các đặc tính đã vẽ ứng với một dòng điện, ví dụ I1:

1

I K

TN NT

ib

bd R ib

ib id

Tương tự như vậy:

u u

ib

df R ib

id if

ib

fh R ib

if ih

R 3   

b) Phương pháp giải tích

* Các điều kiện ban đầu:

- Cho động cơ và các thông số động cơ

- Cho số cấp điện trở phụ

- Dựa vào yêu cầu khởi động

- Biết rằng khi làm việc động cơ tồn tại hai loại quán tính là quán tính cơ học và quán tính điện

* Các bước xác định điện trở khởi động

- Xác định bội số dòng điện khởi động 

Điện trở phụ ở mỗi cấp ta cũng ký hiệu là Rf1, Rf2, Rfm và điện trở tổng ứng với mỗi đặc tính là:

E U

E U

Trong đó Em là sức điện độngcủa động cơ ứng với m, lập tỉ số I1/I2 ta có:

1 2

R I I

Tương tự với các cấp tiếp theo ta được:

m

m

R

R R

R R

R I

2 1 1

dm m

-m

IR

UR

1 1

11

IRlglg

R

Rlgm

*

* -

*

* - -

m

1 1

11

(2.38 d) Trị số từng cấp điện trở khởi động được tính như sau:

Rf1 = R1 - Rư = Rư - Rư = (-1)Rư

Rf2 = R2 - R1 = 2

Rư - Rư = (-1)Rư (2.38 e)

+ Xác định các trị số điện trở khởi động theo biểu thức (2.38 e).: Rf1, Rf2,

- Khi cho trước số cấp điện trở khởi động m, chế độ khởi động bình thường

+ Chọn giới hạn dòng điện chuyển khi khởi động: I2 = (1,11,3)Iđm

+ Xác định  từ (2.38 b) hoặc (2.38 c) bằng cách thay I1 = I2

1 2

+ Xác định trị số các điện trở khởi động theo biểu thức (2.38 e)

- Khi cần xác định số cấp khởi động m và trị số các điện trở khởi động theo các điều kiện khởi động cho trước

+ Dựa vào các yêu cầu của truyền động và yêu cầu khởi động chọn các giá trị I1,

I2, M1, M2

+ Tính  dựa vào biểu thức (238b)