BỘ GIAO THễNG VẬN TẢI
TRƯỜNG CAO ĐĂNG GIAO THễNG VẬN TẢI T GƯƠNG I GIÁO TRèNH TRUYEN DONG DIEN
TRINH DQ CAO DANG
: DIEN CONG NGHIEP
yết định số 1955/QD-CDGTVTTWI-DT ngay
trưởng Trường Cao đẳng GTVT Trung ương I
Trang 3LUỠI(GIỚITHIỀỆ 1:z:::616:66555:56566645566305116618356503466355ó5gi36ó8353ó39833ó354885i34gó356 6 MO DUN: TRUYEN DONG ĐIỆN .-.5-<ccscscsessssesesesessesesessse BAI MO DAU: CAU TRUC CHUNG CUA HE TRUYEN DONG DIEN 9
1 Dinh nghia hộ truyộn động điện
2 Hệ truyền động của mỏy sắn XuẤt -ô<ss+vvss+ereseerrrxse 9
3 Cấu trỳc chung của hệ truyền động điện (Hỡnh 4) . . 11 4 Phõn loại cỏc hệ truyền động đIỆ ga nggggoati4000406064448016046388 12 BÀI 1: CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN .-. esescsessssesesess L5
1 Cỏc khõu cơ khớ của truyền động điện, tớnh toỏn qui đổi cỏc khõu cơ khớ
của truyền động điện oe 15
1.1 Tớnh toỏn qui đổi mộmen M, va luc can F, về trục động cơ weld
1.2 Tớnh toỏn qui đổi mụmen quỏn tớnh -: -¿â+z+22v+cec+x 17
2 Đặc tớnh cơ của mỏy sản xuất, động co „ 18
2.1 Đặc tớnh cơ của động cơ điện an ld
2.2 Đặc tớnh cơ của mỏy sản Xut -cccccSeererererrrrrrrrrree 20 22 `”) 3 Cỏc trạng thỏi làm việc xỏc lập của hệ truyền động điện 3.1 Trạng thỏi động cơ
3.2 Trạng thỏi hóm (mỏy phỏt) - +52 +++2*sx+x+eeveeerrrrrrrrreree 22
BÀI 2: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG
CƠ ĐIỆN 4838806018 34839508188 T 34839908188 lử015854635815535019018 j4ó39586188 son 1 Đặc tớnh của động cơ điện DC, cỏc trạng thỏi khởi động và hóm 25
1.1 Động cơ điện một chiờu kớch từ độc lập
1.2 Động cơ điện một chiờu kớch từ nối tiộp 2 Đặc tớnh của động cơ điện khụng đồng bộ, cỏc trạng thỏi khởi động và hóm 50
2.1 Phương trỡnh đặc tinh co 50
2.2 Cỏc tham sụ ảnh hưởng phương trỡnh đặc tớnh cơ 5
2.3 Khởi động và tớnh toỏn điện trở khởi động
Trang 43 Đặc tớnh của động cơ điện đồng bộ, cỏc trạng thỏi khởi động và hóm 69 3.1 Phương trỡnh đặc tớnh cơ 69 3.2 Khởi động động cơ khụng đụng bộ 70 3.3 Cỏc trạng thỏi hóm 71 BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN TểC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN -.ô 74 1 Khỏi niệm về điều chớnh tốc độ hệ truyền động điện; tốc độ đặt; chớ tiờu chất lượng của truyền động điều chớnh 20 74 1.1 Dải điều chỉnh tốc độ 74 1.2 Độ trơn điều chỉnh 74 1.3 Độ ộn định tốc độ (độ cứng của đặc tớnh cơ) 75 1.4 Tớnh kinh tế TH136.000500306:181000đ0 end 1.5 Su phu hop gitta dac tinh diộu chinh va dac tinh tai eee 75 2 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cỏch điều chớnh sơ đồ mạch - TỔ 2.1 Hệ thụng mỏy phỏt - động cơ 6
2.2 Hệ chỉnh lưu - động CƠ ¿+ <6 St HH gi 77 3 Điều chỉnh tốc độ dong co bang cach điều chỉnh thụng số của động cơ 82
3.1 Điờu chỉnh tục độ băng cỏch thay đụi điện ỏp phõn ứng 83
Bi Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi từ thụng = 3.3 Điờu chỉnh tục độ băng cỏch thay đụi điện trở ở mạch phõn ứng 85
4 Điều chớnh tốc độ động cơ bằng cỏch thay đổi điện ỏp nguồn ` 85 5 Điều chớnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ bằng cỏch thay đỗi thụng số điện 40 TèB HỒN: szannongntiilstthtTG0001083030tSXS00388S5S88NG11G38330B833Q00A43330480339.830ó0815.Qu8A 88 6 Điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ bằng sơ đồ nối tầng (cascade) BÀI 4: ệN ĐỊNH TểC ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ TRUYẩN ĐỘNG ĐIỆN š545094934x894314636/54E814659E64894943486450004083059400 4gSS594815433555919552005489569) essssstD T7 1 Khỏi niệm về ộn định tốc độ, độ chớnh xỏc duy trỡ tốc độỘ - 97
2 Hệ truyền động cơ vũng kớn, hồi tiếp õm điện ỏp, õm tốc độ
3 Hạn chế dũng điện trong truyền động điện tự động 99
BÀI 5: ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 107
1 Đặc tớnh động của truyền động đIỂNG uaaaeeaesaindeiiisaoseiasaseoadsex 107 2 Quỏ độ cơ học, quỏ độ điện cơ trong hệ truyền động điện
Trang 5
2.1 Quỏ trỡnh quỏ độ cơ học :
2.2 Qua Hỡnh qua dQ GiGi 00 iscscivsssnccscsxsvosesserisesenacsnunencasvecrstociesetvnees 111
3 Khởi động hệ truyền động điện, thời gian mớ mỏy - 112 3.1 Quỏ trỡnh quỏ độ khi mở mỏy
3.2 Tớnh toỏn thời gian mở mỏy
4 Hóm truyền động điện, thời gian hóm, dừng mỏy chớnh xỏc 4:1 Quỏ trỡnh:quỏ độ,khi hấm: sc 2s
4.2 Tớnh toỏn thời gian hóm, dừng mỏy ¿-¿-¿55+ 55+ c5 H7 BAI 6: CHON CễNG SUÁT ĐỘNG CO CHO HỆ TRUYEN DONG ĐIỆN seseseseees 99996899699998995889988969889988950895089650860086508658655885586605856.655ssssssssssssssss Í 2Á 1 Phương phỏp chọn động cơ truyền động cho tải theo nguyờn lý phỏt nhiệt 120
1.1 Phỏt núng và nguội lạnh của mỏy điện
1.2 Cỏc chờ độ làm việc của truyện động điện
1.3 Phương phỏp chung chọn cụng suõt động cơ ¿s55 123 2 Chọn cụng suất động cơ cho truyền động khụng điều chớnh tốc độ
2.1 Chọn cụng suất động cơ làm việc dài hạn . ¿55+ << c+c++
2.2 Chọn cụng suất động cơ làm việc ngắn hạn
2.3 Chọn cụng suất động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại
3 Tớnh chọn cụng suất động cơ cho truyền động cú điều chỉnh túc độ 126 4 Kiểm nghiệm cụng suất động cơ
BÀI 7: BỘ KHỞI ĐỘNG MẩM
1 Khỏi quỏt chung về bộ khởi động mềm
1.1 Khỏi niệm khởi động mờm, dừng mờm
1.2 Ứng dụng và cỏc thụng số kỹ thuật - -¿-ccc¿+cccccccrrrreeee
2 Kết nối mạch động lực ,
2.1 Sơ do khụi của khởi động mờm 2.2 Sơ đồ kết nụi tới động cơ
Trang 6BÀI 8: BỘ BIẾN TẦN -s<s<s<ssssessse satececececacaces sasnsacnees „ „146
1 Giới thiệu cỏc loại biến tần . s-ss<ssvsseevsseersseesrseersssee 146 2 Cỏc phớm chức năng s-s-s-ssss5sssss9595959565958595936388986860558 147 3 Cỏc ngừ vào/ra và cỏch kết nối
3.1 Cỏc đầu vào/ra dựng để điều khiến
3.2 Kết nụi cỏc đầu vào, ra
3.3 Cài đặt cỏc hàm của biến tần 2-22 â2s2cxeSEeEEEerkerrrerrrrrrreee
4 Khảo sỏt hoạt động của biến tần ; 4.1 Do cộng suat, tinh higu suat bien tan
4.2 Khảo sỏt dạng súng đầu ra của biờn tõn ¿55+ cô sec 152
5 Ứng dụng thụng dụng trong cụng nghiệp aL Diộu khiộn tốc độ động cơ mỏy nõng hạ
5.2 Điều khiển tốc độ động cơ bơm, quạt
5.3 Điều khiển động cơ băng tải
BÀI 9: BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN SERVO .- 158 1 Giới thiệu bộ điều khiển mỏy điện Servo 1.1 Động cơ servo 1.2 Bộ điờu khiờn động cơ servo 2 Kết nối mạch động lực 2.1 Sơ đụ kết nỗi và kiờm tra trước khi vận hành 2.2 Vận hành và xử lý khi lỗi 3 Khảo sỏt chức năng 3.1 Khảo sỏt đặc tinh n = f(M) 3.2 Khảo sỏt đặc tớnh M = f(n) 3.3 Đặt tốc độ làm việc 3.4 Đặt tốc độ đừng
BÀI 10: BỘ ĐIỀU KHIẾN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIẩU 183
1 Giới thiệu cỏc bộ điều chỉnh tốc độ động cơ DC
1.1 Tụng quan vờ bộ điều chỉnh
Trang 8LỜI GIỚI THIỆU
Giỏo trỡnh này được thiết kế theo mụ đun thuộc hệ thống mụ đun/ mụn học của
chương trỡnh dao tạo nghề Điện cụng nghiệp ở cấp trỡnh độ Cao đẳng nghề và được dựng làm giỏo trỡnh cho học viờn trong cỏc khúa đào tạo, sau khi học tập
xong mụn học này, học viờn cú đủ kiến thức để học tập tiếp cỏc mụn học, mụ
đun đun khỏc của nghề
Mụ đun này được thiết kế gồm 10 bài:
Bài mở đầu.Cấu trỳc chung của hệ truyền động điện
Bài 1 Cơ học truyền động điện
Bài 2 Cỏc đặc tớnh và trạng thỏi làm việc của động cơ điện
Bài 3 Điều khiển tốc độ truyền động điện
Bài 4 ễn định tốc độ của hệ thống truyền động điện
Bài 5 Đặc tớnh động của hệ truyền động điện
Bài 6 Chọn cụng suất động cơ cho hệ truyền động điện
Bài 7 Bộ khởi động mờm
Bài 8 Bộ biến tần
Bài 9 Bộ điều khiển mỏy điện servo
Bài 10 Bộ điều khiển tốc độ động cơ DC
Mặc dự đó hết sức cú gắng, song sai sút là khú trỏnh Tỏc giả rất mong nhận được cỏc ý kiến phờ bỡnh, nhận xột của bạn đọc để giỏo trỡnh được hoàn thiện hơn
Trang 9MO DUN: TRUYEN DONG DIEN
Ma mộ dun: MD31
Vi tri, tinh chat, ý nghĩa và vai trũ của mụ dun:
- Vị trớ: Mụ đun Truyền động điện học sau cỏc mụ đun, mụn học Kỹ thuật cơ sở, đặc biệt cỏc mụ đun và mụn học: Mạch điện; Trang bị điện; Mỏy điện
- Tớnh chất: Là mụ đun chuyờn mụn nghề
- ínghĩa và vai trũ của mụ đun:
Trong sự nghiệp cụng nghiệp húa - hiện đại húa đất nước, ngành cụng nghiệp điện giữ vai trũ hết sức quan trọng trong sản xuất và sinh hoạt của con người
Tập hợp cỏc thiết bị như: Thiết bị điện, điện từ, cơ, thủy lực phục vụ cho
việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu chấp hành trờn Cỏc mỏy sản xuất, đồng thời cú thể điều khiển dũng năng lượng đú theo yờu cầu cụng nghệ của mỏy sản xuất
Nội dung mụ đun này nhằm trang bị cho học viờn những kiến thức, kỹ năng cơ
bản về Truyền động điện
Mục tiờu của mụ đun:
- Trỡnh bày được nguyờn tắc và phương phỏp điều khiển tốc độ của hệ truyền
động điện
- Đỏnh giỏ được đặc tớnh động của hệ điều khiển truyền động điện - Tớnh chọn được động cơ điện cho hệ truyền động khụng điều chỉnh
- Phõn tớch được cấu tạo, nguyờn lý của một số thiết bị điển hỡnh nhuw: soft stater,
inverter, cỏc bộ biến đổi
- Lựa chọn được cỏc bộ biến đổi phự hợp với yờu cầu hệ truyền động - Rốn luyện tớnh tỉ mi, cõn thận, tỏc phong cụng nghiệp cho học sinh
Nội dung của mụ đun:
sộ Thoi gian (gid)
TT Tờn cỏc bài trong mụ đun Tụng |Lý |Thực |Kiờm so thuyết |hành |tra* 1 |Bàimởđầu 2 2 Cấu trỳc chung của hệ truyền động |điện - CS | 2 | Cơ học truyền động điện Đ 6 2 3 | Cỏc đặc tớnh và trạng thỏi làm việc | 20 10 9 1
của động cơ điện
4 Điều khiển tốc độ truyền động điện | 20 10 9 1
Trang 11BÀI MỞ ĐẦU: CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ TRUYẩN DONG
ĐIỆN
Giới thiệu:
Bài học này sẽ giới thiệu tới sinh viờn cỏc khỏi niệm hệ truyền động điện, hệ
truyền động điện của mỏy sản xuất, cấu trỳc và cỏch phõn loại hệ thụng truyền động điện, từ đú giỳp sinh viờn cú thể phõn tớch được cỏc hệ truyền động điện
trong thực tế cũng như cú được nguồn kiến thức cơ bản dộ phục vụ cho cỏc bài
học tiếp theo
Mục tiờu:
- Trinh bày được khỏi niệm, đặc điểm, ý nghĩa của hệ truyền động điện
- Giải thớch được cấu trỳc chung và phõn loại hệ truyền động điện
- Rốn luyện đức tớnh chủ động, nghiờm tỳc trong học tập và cụng việc
1 Định nghĩa hệ truyền động điện
Truyền động cho một mỏy, một dõy chuyển sản xuất mà dựng năng lượng điện thỡ gọi là truyền động điện (TĐĐ)
Định nghĩa: Hệ truyền động điện là một tập hợp cỏc thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đụi điện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu chấp hành trờn cỏc mỏy sản xuất, đồng thời cú thể điều khiển dũng năng lượng đú theo yờu cầu cụng nghệ của mỏy sản
xuất
Vớ dụ: -_ Hệ truyền động của mỏy bơm nước - _ Truyền động mõm cặp của mỏy tiện
- _ Truyền động của cần trục và mỏy nõng
J, â, M, (in ae en a |
2 Hệ truyền động của mỏy sản xuất
Mỏy sản xuất là thiết bị sử dụng để sản xuất sản phẩm và thực hiện yờu
cầu cụng nghệ
CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cơ cầu làm việc, thực hiện cỏc thao tỏc sản
Trang 12Hệ truyền động của mỏy sản xuất là tập hợp cỏc thiết bị phục vụ cho việc truyền chuyển động từ động cơ điện tới cơ cõu sản xuất thực hiện việc sản xuất
ra sản phẩm theo yờu cầu cụng nghệ
Hệ truyền động của mỏy sản xuất
Truyền động của mỏy bơm nước cl = CT (Cỏnh bơm) Khớp nối trục
Hỡnh 1 Truyền động của mỏy bơm nước
Động cơ điện é biến đổi điện năng thành cơ năng tạo ra mụmen M làm quay
trục mỏy và cỏc cỏnh bơm Cỏnh bơm chớnh là cơ cấu cụng tỏc CT nú chịu tỏc
động của nước tạo ra Momen Mcr ngược chiều tốc độ quay œ của trục, chớnh
Momen này tỏc động lờn trục động cơ, ta gọi nú là Momen cản Mc Nếu Mc cõn bằng với Momen động cơ: Mc = M thỡ hệ sẽ cú chuyển động ổn định với tốc độ
khụng đổi œ = const
Truyền động mõm cặp mỏy tiện
Hỡnh 2.Truyền động mõm cặp mỏy tiện
Cơ cầu cụng tỏc CT bao gồm mõm cặp MC, phụi PH được kẹp trờn mõm và dao cat DC Khi làm việc động cơ é tạo ram omen M làm quay trục, qua bộ truyền
lực TL chuyờn động quay được truyền dến mõm cặp và phụi Lực cắt do đao tạo
ra trờn phụi sẽ hỡnh thành Momen Mcr tac dong trộn co cõu cụng tỏc cú chiều
ngược với chiều chuyển động Nếu dời điểm đặt của Mcr về trục động cơ ta cú Momen cản Mẹ Nếu Mẹ cõn bằng voi Momen dong co: Mc = M thỡ hệ sẽ cú chuyộn dong ổn định với tốc độ khụng đổi œ = const
Trang 13Truyền động của cần trục hoặc mỏy nõng Bộ truyền lực TL Động cơ é Tải trọng G Hỡnh 3.Truyền động của cần trục
Cơ cấu cụng tỏc gồm trồng tời TT, dõy cỏp C và tải trọng G Lực trọng trường G tỏc động lờn trống tời tạo ra Momen trờn cơ cầu cụng tỏc Mẹr và nờu dời điểm
đặt của Mr về trục dộng cơ ta cú Momen cản Mẹ Nếu Mẹ cõn bằng với Momen động cơ: Mc = M thỡ hệ sẽ cú chuyển động ổn định với tốc độ khụng đổi
@ = const
3 Cấu trỳc chung của hệ truyền động điện (Hỡnh 4)
Trang 14BBĐ: Bộ biến đổi, dựng để biến đổi loại dũng điện (xoay chiều thành một chiều hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn ỏp thành nguồn dong hoặc ngược lại), biến đổi mức điện ỏp (hoặc dũng điện), biến đụi số pha, biến đụi tần số
Cỏc BBĐ thường dựng là mỏy phỏt điện, hệ mỏy phỏt - động cơ (hệ F- D), cac
chỉnh lưu khụng điều khiển và cú điều khiển, cỏc bộ biến tần
é: Động cơ điện, dựng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành
điện năng (khi hóm điện) Động cơ cú cỏc loại: một chiều, xoay chiều và cỏc loại động cơ đặc biệt Cỏc động cơ điện thường dựng là: động cơ xoay chiều
KDB ba pha roto day quan hay lồng súc; động cơ điện một chiều kớch từ song song, nối tiếp hay kớch từ bằng nam chõm vĩnh cữu; động cơ xoay chiều đồng bộ
TL: Khõu truyền lực, dựng để truyền lực từ động cơ điện đến cơ cấu sản xuất
hoặc dựng | đề biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) hoặc làm phự hợp về tốc độ, mụmen, lực Đề truyền lực, cú thể dựng cỏc bỏnh răng, thanh
răng, trục vớt, xớch, đai truyền, cỏc bộ ly hợp cơ hoặc điện từ
CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cơ cấu làm việc, thực hiện cỏc thao tỏc sản xuất và cụng nghệ (gia cụng chỉ tiết, nõng - hạ tải trọng, dịch chuyển Je
ĐK: Khụi điều khiến, là cỏc thiết bị dựng để điều khiển bộ biến đổi BBĐ, động cơ điện é, cơ cấu truyền lực Khối điều khiển bao gồm cỏc cơ cấu đo lường, cỏc
bộ điều chỉnh tham số và cụng nghệ, cỏc khớ cụ, thiết bị điều khiển đúng cắt cú
tiếp điểm (cỏc rơle, cụng tắc tơ) hay khụng cú tiếp điểm (điện tử, bỏn dẫn) Một
số hệ TĐĐ TĐ khỏc cú cả mạch phộp nối với cỏc thiết bị tự động khỏc như mỏy
tớnh điều khiển, cỏc bộ vi xử lý, PLC
Cỏc thiết bị đo lường, cảm bien (sensor) dựng để lấy cỏc tớn hiệu phản hồi cú thể là cỏc loại đồng hồ đo, cỏc cảm biến từ, cơ, quang
* Mot hộ thong TDD khụng nhất thiết phải cú đầy đủ cỏc khõu nờu trờn Tuy nhiờn, một hệ thống TDD bat kỳ luụn bao gồm hai phần chớnh:
- Phần lực: Bao gụm bộ biến đổi và động cơ điện
- Phần điều khiển
* Một hệ thống truyền động điện được gọi là hệ hở khi khụng cú phản hồi, và
được gọi là hệ kớn khi cú phản hồi, nghĩa là giỏ trị của đại lượng đầu ra được
đưa trở lại đầu vào dưới dạng một tớn hiệu nào đú để điều chỉnh lại việc điều
khiển sao cho đại lượng đầu ra đạt gia tri mong muốn 4 Phõn loại cỏc hệ truyền động điện
Người ta phõn loại cỏc hệ truyền động điện theo nhiều cỏch khỏc nhau tựy theo đặc điểm của động cơ điện sử dụng trong hệ, theo mức độ tự động hoỏ,
theo đặc điểm hoặc chủng loại thiết bị của bộ biến đổi Từ cỏch phõn loại sẽ
hỡnh thành tờn gọi của hệ
a) Theo đặc điểm của động cơ điện:
- Truyền động điện một chiều: Dựng động cơ điện một chiều Truyền động điện một chiều sử dụng cho cỏc mỏy cú yờu cầu cao về điều chỉnh tốc độ và mụmen, nú cú chất lượng điều chỉnh tốt Tuy nhiờn, động cơ điện một chiều cú cấu tạo phức tạp và giỏ thành cao, hơn nữa nú đũi hỏi phải cú bộ nguồn một
Trang 15chiều, do đú trong những trường hợp khụng cú yờu cầu cao về điều chỉnh, người ta thường chọn động cơ KĐB đờ thay thờ
- Truyền động điện khụng đồng bộ: Dựng động cơ điện xoay chiều khụng
đồng bộ Động cơ KĐB ba pha cú ưu điểm là cú kết cầu đơn giản, dễ chế tạo,
vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha
Tuy nhiờn, trước đõy cỏc hệ truyền động động cơ KĐB lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ do
việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB cú khú khăn hơn động cơ điện một chiều
Trong những năm | gan day, do sy phat triển mạnh mẽ của cụng nghiệp chế tạo cỏc thiết bị bỏn dẫn cụng suất và kỹ thuật điện tử tin học, truyền động khụng
đồng bộ phỏt triển mạnh mẽ và được khai thỏc cỏc ưu điểm của mỡnh, đặc biệt là
cỏc hệ cú điều khiển tần số Những hệ này đó đạt được chất lượng điều chỉnh
cao, tương đương với hệ truyền động một chiều `
- Truyền động điện đồng bộ: Dựng động cơ điện xoay chiều đồng bộ ba
pha Động cơ điện đồng bộ ba pha trước đõy thường dựng cho loại truyền động
khụng điều chỉnh tốc độ, cụng suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW (cỏc mỏy
nộn khớ, quạt giú, bơm nước, mỏy nghiền v.v )
Ngày nay đo sự phỏt triển mạnh mẽ của cụng nghiệp điện tử, động cơ đồng
bộ được nghiờn cứu
ứng dụng nhiều trong cụng nghiệp, ở mọi loại giải cụng suất từ vài trăm W (cho cơ cõu ăn dao mỏy
cắt gọt kim loại, cơ cấu chuyển động của tay mỏy, người mỏy) đến hàng MW (cho cỏc truyền động mỏy cỏn, kộo tàu tốc độ cao )
b) Theo tớnh năng điều chỉnh:
- Truyộn động khụng điều chỉnh: Động cơ chi quay mỏy sản xuất với một tốc độ nhất định
- Truyộn cú điều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc yờu cầu cụng nghệ mà ta cú
truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh mụmen, lực kộo và
truyện động điều chỉnh vị trớ c) Theo thiết bị biến đổi:
- Hệ mỏy phat - dong co (F-D): Động cơ điện một chiều được cấp điện từ một
mỏy phỏt điện một chiều (bộ biến đổi mỏy điện)
Thuộc hệ này cú hệ mỏy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - é), đú là hệ cú
BBĐ là mỏy điện
khuếch đại từ trường ngang
- Hệ chỉnh lưu - động cơ (CL - é): Động cơ một chiều được cấp điện từ một bộ
chỉnh lưu
(BCL) Chinh lưu cú thể khụng điều khiển (ĐiụĐ hay cú điều khiển
(Thyristor)
đ) Một số cỏch phõn loại khỏc:
Ngoài cỏc cỏch phõn loại trờn, cũn cú một số cỏch phõn loại khỏc như truyền động đảo chiều và khụng đảo chiều, truyền động đơn (nếu dựng một động cơ) và truyền động nhiều động cơ (nếu dựng nhiều động cơ để phối hợp truyện động cho một cơ cấu cụng tỏc), truyền động quay và truyền động thang
Trang 16
CÂU HỎI ễN TẬP
Cõu 1:Cấu trỳc chung của một hệ thống truyền động điện
Phần động lực là bộ biến đổi và động cơ truyền động
Phần điều khiển là cơ cấu đo lường, bộ phận điều chỉnh và thiết bị biến đổi
phần động lực và phần điều khiển
Phần truyền động khụng điều chỉnh và cú điều chỉnh
Cõu 2: Cỏc hệ thống sau đõy thuộc hệ truyền động điện:
Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC Mạch điều khiển tốc độ động cơ AC
Hệ truyền động mõm cặp mỏy tiện
Mạch điều khiển chiều quay động cơ AC
Trang 17BAI 1: CO HOC TRUYấN ĐỘNG ĐIỆN
Mó bài: 31-01 Giới thiệu:
Một hệ thống truyền động điện bao gồm nhiều phần tử cơ khớ cấu tao nộn,
chỳng chuyển động với cỏc tốc độ khỏc nhau tạo thành một sơ đồ động học phức tạp Cỏc mụmen và lực tỏc động lờn hệ thống cú cỏc điểm đặt khỏc nhau Vỡ vậy
muốn tớnh chọn được cụng suất của động cơ, hay viết cỏc phương trỡnh cõn bằng lực ta phải qui đối cỏc đại lượng này về trục động cơ
Mục tiờu:
- Nhận dạng được cỏc khõu cơ khớ cơ bản của hệ truyền động điện
- Tớnh toỏn qui đổi được mụ men cản, lực cản, mụ men quỏn tớnh về trục động
cơ
- Xõy dựng được phương trỡnh chuyển động của hệ truyền động điện
- Phõn biệt được cỏc trạng thỏi làm việc của hệ truyền động điện - Chủ động, nghiờm tỳc trong học tập và cụng việc
1 Cỏc khõu cơ khớ của truyền động điện, tớnh toỏn qui đổi cỏc khõu cơ khớ của
truyền động điện Mục tiờu:
- Nhận dạng được cỏc khõu cơ khớ cơ bản của hệ truyền động điện
- Tớnh toỏn qui đổi được Momen cản, lực cản, Momen quỏn tớnh về trục động
cơ
1.1 Tớnh toỏn qui đổi mụmen M, và lực cản F, về trục động cơ
Sơ đồ động học qui đổi ( hỡnh 1-1)
J, â, M, cian iia aie aaa ale aaa ar 1
Hinh 1-1 So dd động học của cơ cấu nõng hạ hàng
Khi tiến hành qui đổi thỡ phải đảm bảo thỏa món cỏc điều kiện: ‹
Điều kiện 1: Năng lượng của hệ thống trước và sau khi qui đổi phải bằng nhau
Đõy chớnh là việc bảo toàn năng lượng
Trang 18Giả sử khi tớnh toỏn và thiết kế người ta cho giỏ trị của Momen tang trống M, qua hộp giảm tục cú tỷ sụ truyờn là i va suat 1a nj Momen này sẽ tỏc động
lờn trục động cơ cú giỏ trị Mọ¿a Mogao = “4X Đặt: Ă= 2 Ni a, 4 1 1 Ta cú: Muaa= M,x—x- nN?
Trong đú: n, là hiệu suất hộp tốc độ
- Giả thiết tải trọng G sinh ra lực Fc cú vận tốc chuyờn động là v, nú sẽ tỏc
động lờn trục động cơ một Momen Ma Ta cú: _ Foxv Mende 6 = ` a Trong đú: 8 = = TỊ =TI, XT\, Thực hành:
„Vớ dụ 1: Xỏc định Momen cản của tải trọng và dõy cỏp về trục động cơ, biết rằng cơ cấu nõng hạ cú sơ đồ động học như hỡnh vẽ Trong đú bộ truyền
gồm một cặp bỏnh răng cú tỷ số truyền 1= 5, trọng lượng của vật nõng G =
10kN, trọng lượng dõy cỏp Gc = 10%G, tốc độ nõng v= 16,5 m/s, higu suất cặp
bỏnh răng 0,95, hiệu suất trống tời 0,93, đường kớnh trống tời D, = 0,6m
Hỡnh 2-2 Sơ đồ động học của cơ cấu nõng hạ hàng
Vớ dụ 2: Cho hệ truyền động điện như hỡnh vẽ Tớnh Momen cản qui đổi về trục
động cơ Biết tỷ số truyền của hai cặp bỏnh răng i, = i) = 5, trong lượng vật nõng
G=22kN, trọng lượng đõy cỏp Gc = 10%G, vận tốc nõng v = 22m/s Hiệu suất
Trang 19Bộ truyền lực TL
vil T
Tai trong G
Hỡnh 1-3 Sơ đồ động học của cơ cấu cần trục
đổi mụmen quỏn tớnh
Cỏc cap bỏnh răng cú Momen quan tinh J, Jx Momen quan tinh tang
trống J„ khối lượng quỏn tớnh m và Momen quỏn tớnh động cơ la đều cú ảnh
Trang 20Cõu 3: Xỏc định Momen quỏn tớnh của tải trọng và dõy cỏp về trục động cơ, biết rằng cơ cấu nõng hạ cú sơ đồ động học như hỡnh vẽ Trong đú bộ truyền gồm một cặp bỏnh răng cú tỷ số truyền : 1 = 5, trọng lượng của vật nõng G = 10kN,
trọng lượng dõy cỏp Gc = 10%G, tốc độ nõng v = 16,5 m/s, hiệu suất cặp bỏnh răng 0,95, hiệu suất trống tời 0,93, đường kớnh trống tời D, = 0,6m
Ja,@œ,M
Hỡnh 1-4: Sơ đồ động học của cơ cấu nõng hạ hàng
Cõu 4: Cho hệ truyền động điện như hỡnh vẽ Tớnh Momen quỏn tớnh qui đổi về trục động cơ Biết tỷ số truyền của hai cặp bỏnh răng iĂ = Ă; = 5, trọng lượng vật
nõng G = 22kN, trọng lượng dõy cỏp Gc = 10%G, vận tốc nõng v = 22m/s Hiệu
suất cỏc cặp bỏnh răng 0,95, hiệu suất trống tời 0,93 Momen quỏn tớnh của
Roto, cỏc khớp nối, cỏc bỏnh răng, và trống tời lần lượt là 0,102 0,01; 0,01;
0,06; 0,06; 0,03; 0,07; 0,03
Bộ truyền lực TL
vị ea
Tai trong G
Hỡnh 1-5: Sơ đồ động học của cơ cấu cần trục
2 Đặc tớnh cơ của mỏy sản xuất, động cơ
Mục tiờu: „
- Phõn biệt được đặc tớnh cơ của động cơ điện và mỏy sản xuõt - Nhận dạng được đặc tớnh cơ của mỏy sản xuõt
Trang 212.1 Đặc tớnh cơ của động cơ điện
Đặc tớnh cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mụmen của động cơ: œ=f(M)
Đặc tớnh cơ của động cơ điện chia ra đặc tớnh cơ tự nhiờn và đặc tớnh cơ
nhõn tạo Dạng đặc tớnh cơ của mỗi loại động cơ khỏc nhau thỡ khỏc nhau và sẽ
được phõn tớch trong chương 2
Đặc tớnh cơ tự nhiờn: Đú là quan hệ œ = f(M) của động cơ điện khi cỏc thụng số như điện ỏp, dũng điện của động cơ là định mức theo thụng số đó được thiết kế
chế tạo và mạch điện của động cơ khụng nối thờm điện trở, điện khỏng
Đặc tớnh cơ nhõn tạo: Đú là quan hệ œ = f(M) của động cơ điện khi cỏc thụng số
điện khụng đỳng định mức hoặc khi mạch điện cú nối thờm điện trở, điện
khỏng hoặc cú sự thay đổi mạch nối
Ngoài đặc tớnh cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta cũn sử dụng đặc tớnh
cơ điện Đặc tớnh cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dũng điện trong mạch
động cơ:
œ= f(D hay n= f()
Chỳ ý: + Mỗi động cơ chỉ cú một đặc tớnh tự nhiờn
+ Mỗi động cơ cú thể cú nhiều đặc tớnh cơ nhõn tạo Để đỏnh giỏ và so
sỏnh cỏc đặc tớnh cơ, người ta đưa ra khỏi niệm “Độ cứng đặc tớnh cơ ”, được tớnh: AM PT Kk ae gr Kas ` AM
Nếu đặc tớnh cơ tuyờn tớnh thỡ: B =" @œ
Hoc theo hO đơn vb t-ơng đối thx B = ơ là lượng sai của AM va Ao
B lon —> đặc tớnh cơ cứng B nhỏ — đặc tớnh cơ mềm
B —>œ —> đặc tớnh cơ nằm ngang và tuyệt đối cứng
- Duong 1: Dac tinh co mộm
- Đường 2: Đặc tớnh cơ cứng
Trang 22Hỡnh 1-6 Đặc tớnh cơ của động cơ điện
Đặc tớnh cơ cứng tốc độ œ thay đổi rất ớt khi Momen biến đổi lớn
+ Đặc tớnh cơ mềm tốc độ œ giảm nhiều khi Momen tăng
2.2 Đặc tớnh cơ của mỏy sắn xuất
Đặc tớnh cơ biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ quay và mụmen quay: œ = fM) hoặc n = F(M) Trong đú: ứ - Tốc độ gúc (rad/s) n - Tốc độ quay (vg/ph) M - Mụmen (N.m) Đặc tớnh cơ của mỏy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mụmen cản của mỏy sản xuất: Mc =f(@)
Đặc tớnh cơ của mỏy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiờn phần lớn chỳng được biếu diễn đưới dạng biểu thức tổng quỏt:
Mo =M co +(M an ~M co) —— dm
Trong đú:
Mc là mụmen cản của cơ cấu SX ứng với tốc độ œ
Mco là mụmen cản của cơ cầu SX ứng với tốc độ œ = 0
Mạ„ là mụmen cản của cơ cầu SX ứng với tốc độ định mức œđm â, : Đặc tớnh cơ ứng với q= -1 : Đặc tớnh cơ ứng với q= 0 : Đặc tớnh cơ ứng với q= 1 : Đặc tớnh cơ ứng với q= 2 đà 0 N Mẹ; M: M
Hỡnh 1-7 Đặc tớnh cơ của cơ cầu sản xuất ứng với cỏc trường hợp mỏy sản xuất khỏc nhau
Ta cú cỏc trường hợp số mũ q ứng với cỏc trường hợp tải:
q |Mc ỊP Loai tai
-1}~1 | const ứng dụng đặc tớnh cơ của cơ cầu mỏy quõn dõy, cuụn giấy,
@đ CC truyền động chớnh của may cat gọt kim loại (mỏy tiện)
Trang 23
Cơ cấu nõng hạ, băng tải, mỏy nõng vận chuyờn, truyền động ăn dao mỏy gia cụng kim loại Mỏy phỏt điện một chiờu với tải thuần trở, cơ cấu ma sỏt, mỏy bào 2 |~œ“ |~œ Thủy khớ: Bơm, quạt, chõn vịt tàu thủy
Ngoài ra cũn một số mỏy sản xuất cú cỏc đặc tớnh cơ khỏc:
- Momen phụ thuộc vào gúc quay Mc =f(u) ; hoặc Momen phụ thuộc vào
đường đi Mc=f()
Vi du : Cỏc mỏy cụng tỏc cú pittong, cỏc mỏy trục khụng cú cỏp cõn bằng,
- Momen phy thuộc vào số vũng quay và đường đi Mc =f(, œ) như cỏc loại xe điện - Momen phụ thuộc vào thời gian Mc =f(t), Vớ dụ: mỏy nghiền đỏ, nghiền quặng Thực hành: Cõu 1: Đặc tớnh cơ nhõn tạo của động cơ điện U = Uam, f fam, R= 0, X= 0 UZUạm, fF fam, Re# 0, Xe#0 M= Mam, 04am M# Mam, 0# Mam —
Cõu 2: Điờu kiện đờ hệ TĐĐ cú thờ làm việc ụn định tĩnh
Độ cứng đặc tớnh cơ của động cơ lớn hơn độ cứng đặc tớnh cơ của CCSX Độ cứng đặc tớnh cơ của động cơ bằng độ cứng đặc tớnh cơ của CCSX
Độ cứng đặc tớnh cơ của động cơ nhỏ hơn độ cứng đặc tớnh cơ của CCSX
Độ cứng đặc tớnh cơ của động cơ cú giỏ trị õm
Cõu 3: Đặc tớnh cơ của một mỏy sản xuất cú dạng Me= (Mam- Mco)- Meo+ (@/@am)*
M.= Moo - (Mam- Meo)(@/@am) “ Mẹ= Moo + (Mam Meo)(@/@am) “ M.= Meo + Mam(/@am) ~ Cõu 4: Đặc tớnh cơ tự nhiờn của động cơ Khi U = Uạ„, E f„, R= 0 TZlạm, Uam # 0, Mạm M #Mạn, nộnam
Khi U # Uạm, fF fam, R> 0
Trang 243 Cỏc trạng thỏi làm việc xỏc lập của hệ truyền động điện
Mục tiờu:
- Phõn biệt được trạng thỏi động cơ với trạng thỏi mỏy phỏt
- Phõn tớch được quỏ trỡnh biến đổi năng lượng trong cỏc trạng thỏi làm việc
- Biểu diễn được cỏc trạng thỏi làm việc trờn mặt phảng tọa độ 3.1 Trạng thỏi động cơ
- Định nghĩa: Dũng cụng suất điện Paye„ cú giỏ trị dương nếu như nú cú chiều
truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi cụng suất điện thành cụng suất cơ P., = M đ cấp cho mỏy sản xuất
- P;„ > 0 nếu Mạ; sinh ra nú cựng chiều œ
~ Pajen < 0 nếu nú cú chiều từ động cơ về nguồn
- Pog < 0 khi nú truyộn tir may san suất về động cơ, Momen động cơ sinh
ra ngược chiều với tốc độ quay
- M của mỏy sản xuất được gọi là M phụ tải, hay M cản Nú cũng được định nghĩa dấu õm và dương, ngược lại với Momen của động cơ
- Phương trỡnh cõn bằng cụng suất của hệ thống truyền động là:
Pg=P.+ AP
Trong đú:
+ Pa: Cụng suất điện + Pe: Cong suất cơ
+ AP: Cụng suất tốn thất
Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta cú trạng thỏi làm việc của động cơ
Trạng thỏi động cơ là trạng thỏi động cơ điện làm việc với Pu = M.œ > 0 Hay Momen do động cơ sinh ra cú chiều trựng với tốc độ quay của động cơ điện
Trạng thỏi động cơ cú hai chế độ làm việc :
+ Chế độ khụng tải
+ Chế độ cú tải
3.2 Trạng thỏi hóm (mỏy phỏt)
Trạng thỏi hóm (mỏy phỏt) là trạng thỏi động cơ điện làm việc với P¿„ = M.a< 0 Hay Momen do động cơ sinh ra cú chiều ngược với tốc độ quay của động cơ điện, hay cú chiều truyền từ mỏy sản suất về động cơ
Trạng thỏi hóm gụm hóm khụng tải, hóm tỏi sinh, hóm ngược và hóm động năng
+ Hóm tỏi sinh: Pa¿n < 0, Pc„ < 0 cơ năng biến thành điện năng
+ Hóm ngược: Pa > 0, Pc„ < 0 điện năng và cơ năng trở thành tổn thất
AP
+ Ham d6ng nang: Paisn = 0, Poo < 0 co nang biộn thanh cụng suất tổn thất
AP
- Trạng thai him và trạng thỏi động cơ được phõn bố trờn đặc tớnh cơ
œ(M), ở gúc phần tư L, HI; Trạng thỏi động cơ, gúc phần tư thứ II, IV; Trạng
thỏi hóm gúc phần tư II,IV
Trang 25eo IL Trang thai ham I Trang thai dong co Pc=M,.œ<0 P.=M,.œ>0 Pe= M, @ >0 Pc=M, <0 II Trạng thai â M, | IV Trang dong co C3 j ) thỏi hóm Cờ My Hỡnh 1-7.Trạng thỏi làm việc của truyền động điện trờn cỏc gúc phần tư đặc tớnh cơ Thực hành:
Cõu 1:Trạng thỏi hóm tỏi sinh của động cơ
Pie, = 0; Pax 0, AP = | Pạy]
Điện Ss 0, Pix 0, AP'= | Pog - Pộign | Paien > 0, Pox 0, AP = | Pog = Paien |
Paien > 0, Poo< 0, AP =0
Cõu 2: Trạng thỏi làm việc của động cơ điện gồm:
Trạng thỏi động cơ
Trang thai ham
Trạng thỏi động cơ và trạng thỏi hóm
Trạng thỏi quay thuận và ngược
Cõu 3: Trong hệ trục tọa độ (œ,M ), động cơ ở trạng thỏi hóm được biểu diễn ở Gúc phần tư thứ nhất Gúc phần tư thứ 2 và thứ 4 Gúc phần tu thir 1 và 4 Gúc han tu thir 2 va 3 Cõu 4: Trong hệ trục tọa độ (œ,M ), động cơ ở trạng thỏi động cơ được biểu diễn ở Gúc phần tư thứ nhất Gúc phần tư thứ 1 và thứ 3 Gúc phan tu thir 1 va 4 Gúc han tu thir 2 va 3
Cõu 5: Một trong những đặc điểm của động cơ khi ở trạng thỏi động cơ
Mụmen quay ngược chiều với tốc độ
Mụmen quay cựng chiều với tốc độ
Mụmen quay cựng chiều với lực tỏc động
Trang 26Mụmen quay ngược chiều với lực tỏc động
Cõu 6: Một trong những đặc điểm của động cơ khi ở trạng thỏi mỏy phỏt
Tiờu thụ cơ năng biến thành điện năng
Tiờu thụ điện năng biến thành cơ năng Tiờu thụ điện năng biến thành động năng Tiờu thụ cơ năng biến thành thế năng
Cõu 7: Trạng thỏi hón ngược của động cơ điện khi
Py > 0, Pik 0, AP = | Pay - Pộign |
Pa = 0, Peo< 0, AP = | Pro |
Pg <0, Poo< 0, AP = | Poo - Paign | Py = 0, Poo= 0, AP = Py- Pro
CAU HOI ON TAP
1 Nhận dạng cỏc khõu cơ khớ cơ bản của hệ truyền động điện?
2.Tớnh toỏn qui đổi Momen cản, lực cản, Momen quỏn tớnh về trục? 3.Phõn biệt đặc tớnh cơ của động cơ điện và mỏy sản xuất ?
4.Nhận dạng đặc tớnh cơ của mỏy sản xuất?
5 Phõn biệt trạng thỏi động cơ với trạng thỏi mỏy phỏt?
6 Phõn tớch quỏ trỡnh biến đổi năng lượng trong cỏc trạng thỏi làm việc?
7 Biểu diễn cỏc trạng thỏi làm việc trờn mặt phảng tọa độ?
Trang 27BÀI 2: CÁC ĐẶC TINH VA CAC TRANG THAI LAM VIEC CUA
DONG CO DIEN
Mó bài: 31-02
Giới thiệu:
Khi phõn tớch cỏc hệ truyền động điện, ta thường coi mỏy sản xuất đó cú trước, nghĩa là coi như đó biết trước đặc tớnh co M.(@) cua no Vay muộn tim kiộm
một trạng thai làm việc với cỏc thụng số yờu cầu như mụmen, dũng điện, tốc
độ ta phải tạo ra những đặc tớnh cơ của động cơ tương ứng Muốn vậy, ta
phải nắm vững phương trỡnh đặc tớnh cơ và cỏc đặc tớnh cơ của động cơ điện, từ
đú hiểu được cỏc phương phỏp tạo ra cỏc đặc tớnh cơ nhõn tạo phự hợp với mỏy sản xuất đó cho và điều khiển động cơ sao cho cú trạng thỏi làm việc theo yờu cầu cụng nghệ Bài học này sẽ cung cấp cho sinh viờn cỏc kiến thức và kĩ năng
liờn quan tới đặc tớnh cơ, cỏc trạng thỏi làm việc của cỏc loại động cơ điện Mục tiờu:
- Xõy dựng được đặc tớnh cơ của cỏc động cơ điện một chiều (DC), động cơ điện
khụng đồng bộ, động cơ điện đồng bộ
- Phõn tớch được cỏc trạng thỏi làm việc của cỏc loại động cơ
- So sỏnh được đặc tớnh của cỏc loại động cơ, phạm vi ứng dụng của cỏc động cơ
dựng trong truyền động điện
- Chủ động, nghiờm tỳc trong học tập và cụng việc 1 Đặc tớnh của động cơ điện DC, cỏc trạng thỏi khởi động và hóm Mục tiờu: ` - Xõy dựng được đặc tớnh cơ của cỏc động cơ điện một chiờu kớch từ độc lập (DC) - Phõn tớch được cỏc trạng thỏi làm việc của động cơ điện một chiều kớch từ độc lập
- Tớnh được cỏc cõp điện trở khởi động theo yờu cõu cụng nghệ
1.1 Động cơ điện một chiều kớch từ độc lập 1.1.1 Phương trỡnh đặc tớnh cơ
Sơ đồ điện, động cơ điện một chiều được kớ hiệu như hỡnh vẽ
Trang 28a, Sơ đồ nguyờn lý động cơ điện một chiều kớch từ độc lập
b, Sơ đụ nguyờn lý động cơ điện một chiờu kớch từ độc song song
Nếu cuộn kớch từ và cuộn dõy phần ứng được cấp điện bởi cựng một nguồn điện
thỡ động cơ là loại kớch từ song song Trường hợp này nếu nguồn điện cú cụng
suất rất lớn so với cụng suất động
cơ thỡ tớnh chất động cơ sẽ tương tự như động cơ kớch từ độc lập
Khi động cơ làm việc, rụto mang cuộn dõy phần ứng quay trong từ trường của
cuộn cảm nờn trong cuộn ứng xuất hiện một sức điện động cảm ứng cú chiều
ngược với điện ỏp đặt vào phần ứng động cơ Theo sơ đồ nguyờn lý cú thể viết phương trỡnh cõn bằng điện ỏp của mạch phần ỳ ứng (rụto) như sau:
- Phương trỡnh cõn bằng điện ỏp của mạch phần ứng U, = Ey + (Ry + Rp ly Trong đú: Uy : Điện ỏp phần ứng Ey : Sức điện động phần ứng Ry : Điện trở của mạch phần ứng R¿ : Điện trở phụ trong mạch phõn ứng I, : Dũng điện mạch phần ứng Voi: Ry = Be + as + 1p + Tet = Koo
Trong do: P “Số đụi cực từ chớnh
N: Số thanh dẫn tỏc dụng của cuộn dõy phần ứng
Trang 29Hỡnh 2-22 Đặc tớnh cơ điện của động cơ - Đặc tớnh cơ: @ Muằ
Hỡnh 2-3.Đặc tớnh cơ của động cơ
- Khi I¿ = 0 hoặc M = 0 ta cú: U, @= Ko = po : Goi la tộc d6 khụng tải ký tưởng của động cơ - Khi „=0 ta cú: U, 1,=——=1,, va M=K6ol “ R,+R, am Tam Tam Va Mam: Goi la dong điện ngan mach va Momen ngắn mạch Bài tập thực hành:
Trang 30Cõu 3: Khi tăng tải trờn trục động cơ DCKT độc lập sẽ làm
Dũng IĂ giảm Dong I, =const Dong I, tang
Dong I, =const, va lụ tang
Cõu 4: Động cơ kớch từ độc lập được xem như tương đương với động cơ
DCLKT song song khi
A Điện trở phụ hai loại động cơ như nhau
B Cuộn kớch từ hai loại động cơ như nhau C Điện ỏp đặt vào hai loại động cơ như nhau
D Nguồn điện 1 chiều cú cụng suất vụ cựng lớn và điện trở trong của nguồn
được xem như bằng khụng
Cõu 5: Động cơ một chiờu kớch từ độc lập truyền động cho một mỏy sản xuất với cỏc thụng số ghi trờn Cataloge: Pan (kW) Uan(V) n(vg/ph) Tam J kgm’) 4.4 220 1500 0.85 0.07 a) Tớnh dũng điện định mức và điện trở phần ứng
b) Xõy dựng đặc tớnh cơ tự nhiờn của động cơ c) Tớnh tốc độ của động cơ khi M, =2,5 Mạm
1.1.2 Cỏc tham số ảnh hưởng phương trỡnh đặc tớnh cơ a Ảnh hướng của điện trở phần ứng
- Giả thiết: Uy = Uam = const = am = const - Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thờm điện trở phụ R¿ vào mạch phần ứng Tacộ: @= Vian = const Khu, > p= dM (Koi) 9 ay Aw R, +R,
- Khi R¿ cảng lớn thỡ B càng nhỏ nghĩa là đặc tớnh cơ càng dốc ứng với R; =0 ta cú đường đặc tớnh cơ tự nhiờn
Hỡnh 2-4.Cỏc đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiều kớch từ độc lập
Trang 31khi thay đổi điện trở phụ phần ứng
Như vậy thay đổi R¿; ta được 1 họ đặc tớnh biến trở cú dạng như trờn ứng với
một phụ tải Mc nào đú, nếu R; càng lớn thỡ tốc độ động cơ càng giảm đồng thời dũng điện ngắn mạch cũng giảm Cho nờn ta thường sử dụng phương phỏp này dộ han chế dũng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phớa dưới tốc độ cơ bản
b Ảnh hưởng của điện ỏp phần ứng
- Giả thiết: = dam = const
- Khi thay đổi điện ỏp theo hướng giảm so với Uạm ta cú: + Tốc độ khụng tải: Ux KO in + Độ cứng đặc tớnh cơ: B= = = const = var Box = - Đường đặc tớnh cơ:
Hỡnh 2-5.Cỏc đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiều kớch từ độc lập
khi thay đổi điện ỏp phần ứng
- Khi giảm điện ỏp thỡ Momen ngắn mạch, I„m của động cơ giảm và tốc độ
của động cơ cũng giảm ứng với 1 phụ tải nhất định Do đú phương phỏp này
cũng được dựng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dũng điện khi khởi
động
c ảnh hưởng của từ thụng - Giả thiết: U = Uam = const
R, = const
- Muốn thay đổi 6 ta c6 thay đổi Ixr động cơ
Trang 32- Thực tế thường điều chỉnh giảm từ thụng Nờn khi x giảm thỡ ox
tăng, cũn sẽ giảm Ta cú một họ đặc tớnh cơ với @ạx tăng dần và độ cứng của
đặc tớnh giảm dõn khi giảm từ thụng
0 let
Hỡnh 2-6 Đặc tớnh cơ điện và đặc tớnh cơ cia DCD một chiều kớch từ độc lập khi giảm từ thụng
- Khi thay đụi từ thụng thỡ:
Ũ,
Tim = — = const
U
Mam = K.ox.Inm = var
Voi dang Momen phy tai Mc thớch hợp với chế độ làm việc của động cơ thỡ khi
giảm ¿ tốc độ động cơ tăng lờn
Bài tập thực hành:
Cõu 1: Một động cơ DCKT độc lập c ú Pam=l5KW, Ua„m= 220V, lạm= 81,5A,
Giỏ trị của điện trở phần ứng R„ theo phương phỏp tớnh gần đỳng là: 0.220 210 0.10 0.050 Cõu 2: Đặc tớnh cơ và đặc tớnh cơ điện của động cơ DC KT độc lập cú dạng Parabol Hybepol Đường thắng Đường cong Cõu 3: Giảm từ thụng của động cơ DCKT song song sẽ làm nọ giảm, tăng nọ tăng, giảm nọ= 0, B #0 m#0,B=0 `
Cõu 4: Giả thiết (@= (am = const, Rụ= const Khi giảm điện ỏp đặt vào phõn ứng của động cơ DCKT song song
nọ giảm, tăng
nọ tăng, giảm
nọ giảm, = const nọ=0,B=0
Cõu 5: Hai điểm cần xỏc định trong hệ trục tọa độ để vẽ đặc tớnh cơ điện tự
nhiờn của động cơ DC KT độc lập là:
Trang 33Điểm I: (0 œ0 ), điểm 2: (Iđm, đm)
Điểm 1: (0 @o ), điểm 2: (0, am)
Điểm 1: (0 $ am ), điểm 2: (lạm, 0)
Điểm I: (lạm œọ ), điểm 2: (0, đam)
Cõu ú: Phương trỡnh đặc tớnh cơ của động cơ DC KT song song n=(U/ Ksụ) + (R„+ R;) M/ Kụ Kẹ ¿” n= (U/ Ke) - Ru +Rr) M/ Ku Keo” n= (U/ Kgd) - Ry M/ Ku Ke 6” n=(U/ Kgo) + Ry M/ Ky Kg ÿˆ Cõu 7: Muụn thay đổi từ thụng của động cơ DCKT song song người tat hay đổi Điện ỏp đặt vào phần ứng điện trở phần ứng Điện trở cuộn kớch từ Dũng điện phần ứng Cõu 8: Khi tăng điện trở trờn dõy quấn phần ứng của động cơ Dc KT độc lập Đặc tớnh cơ dốc hơn Đặc tớnh cơ bỡnh thường
Độ dốc đặc tớnh cơ ớt dục hon
Đặc tớnh cơ cứng tuyết đối
Cõu 9: Khi cho điện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ DCKT song song Độ cứng đặc tớnh cơ B sộ lớn
Độ cứng đặc tớnh cơ B sẽ nhỏ Độ cứng đặc tớnh cơ B -> œ
Độ cứng đặc tớnh cơ B =0
Cõu 10: Động cơ một chiều kớch từ độc lập truyền động cho một mỏy sản xuất
với cỏc thụng số ghi trờn Cataloge: Pam (KW) Uam(V) n(vg/ph) Tam J kgm’) 4.4 220 1500 0.85 0.07 Xõy dựng đặc tớnh cơ nhõn tạo trong cỏc trường hợp a) Điện ỏp trong mạch phần ứng là 200V
b) Mắc thờm điện trở phụ bằng 5O vào trong mach phần ứng
1.1.3 Khởi động và tớnh toỏn điện trở khởi động
Trang 34— Le 1T 1ù I Ra Re Rs
Hinh 2-7 So dộ dau dõy của động cơ khởi động qua 3 cấp điện trở
- Chọn R¿ = tf + fm + fs Khi khởi động (œ =0) thỡ lụạ khụng vượt quỏ 2,5 lạm
nhưng Iạ„ cũng khụng nờn quỏ nhỏ làm cho Mạm cũng nhỏ đi so với nguồn
Momen cản
= Dự -
Iam = Ra, <(2+25)1,,
- Phuong phỏp xỏc định trị số điện trở phụ khởi động dựng đồ thị:
+ Dựa vào cỏc thụng số của động cơ vẽ đặc tớnh cơ tự nhiờn
+ Chọn 2 giới hạn chuyển dũng điện khởi động động cơ
li< (2+2,5).lạm Iz>(1,1+ 1⁄3 lam
Lấy giỏ trị lĂ, I› trờn trục hoành: Tir ly, I; kẻ 2 đường dúng song song trục
tung cất đặc tớnh cơ tự nhiờn tại 2 điểm a và b
- Nối œo với hỡnh (IĂ) ta được đặc tớnh khởi động đầu tiờn đặc tớnh này cắt
duong dong I, tai g
- Tại ứ kẻ đường song song với trục hoành cắt đường dúng l; tại f
- Nối œạ với f được đường đặc tớnh khởi động thứ 2
- Cứ tiếp tục như vậy tới khi từ c kẻ đường song song với trục hoành sẽ
gặp điểm b Nếu điều kiện này khụng thoỏ món ta phải chọn lại IĂ hoặc I; rồi vẽ
lại cho tới khi đạt được
- Xỏc định giỏ trị cỏc điện trở khởi động dựa vào biểu thức của độ giảm
Trang 35Ry = “—*.R, = Hp 1 1, + Tương tự như vậy: Hỡnh 2-Đ.Cỏc đặc tớnh khởi động qua 3 cấp điện trở Bài tập thực hành:
Động cơ một chiều kớch từ độc lập truyền động cho một mỏy sản xuất với cỏc thụng số ghi trờn Cataloge: Pam(KW) | Uam(CV) n @wg/ph) T|đm J kgm’) 4.4 220 1500 0.85 0.07 Xỏc định cỏc cấp điện trở khởi động biết động cơ khởi động nhanh qua 3 cấp điệmn trở phụ 1.1.4 Cỏc trạng thỏi hóm
a Ham tỏi sinh
- Xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ khụng tải lý tưởng
Trang 36
Hỡnh 2-9 Đặc tớnh cơ hóm tỏi sinh của động cơ điện một chiều kớch từ độc lập
- Trong trạng thỏi hóm tỏi sinh, dũng điện hóm đổi chiều và cụng suất được đưa
trả về lưới điện: P = (E - U).I
- Đõy là phương phỏp hóm kinh tế nhất vỡ động cơ sinh ra điện năng hữu ớch
b Hóm ngược
- Xảy ra khi phần ứng dưới tỏc dụng của động năng tớch luỹ trong cỏc bộ phận chuyển động hoặc do Momen thế năng quay ngược chiều với Momen điện từ của động cơ, khi đú chống lại sự chuyờn động của cơ cấu sản xuất
- Cú hai trường hợp hóm ngược:
+ Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng
@
Hỡnh 2-10.Đặc tớnh cơ khi hóm ngược khi đưa Rr
vào mạch phõn ứng với tải thờ năng
Động cơ đang nõng tải ứng với điểm a Đưa 1 R; đủ lớn vào mạch phần ứng thỡ động cơ sẽ chuyển sang làm việc ở điểm b trờn đặc tớnh biến trở Tại b do M
sinh ra nhỏ hơn Mc nờn động cơ giảm tốc độ nhưng vẫn theo chiều nõng lờn
Đến điểm c tốc độ = 0, nhưng vỡ Mp < Mr nờn dưới tỏc động của tải trọng động cơ quay theo chiều ngược lại Đến điểm d, Mp = Mẹ hệ ổn định với tốc độ hạ
khụng đổi œa, cd là đoạn đặc tớnh hóm ngược
Trang 37M=kệl,
Hỡnh 2-1 1.Hóăm ngược bằng phương phỏp đảo cực tớnh điện ỏp đặt vào phõn ứng động cơ
Động cơ đang làm việc tại a trờn đặc tớnh tự nhiờn với tải Mc, ta đổi chiều điện ỏp phõn ứng và đưa vào trong mach 1 Rg thi động cơ chuyển sang làm việc ở điểm b trờn đặc tớnh biến trở Tại b Momen đó đổi chiều chụng lại chiều quay
của động cơ nờn tốc độ giảm theo đoạn be Tại c: œ = 0 nếu ta cắt phần ỳ ứng khỏi
điện ỏp nguồn thỡ | động cơ dừng lại, cũn nếu vẫn giữ nguyờn điện ỏp nguụn đặt vào động cơ va tai diộm c Mp > Mc thỡ động cơ quay ngược lại và làm việc ồn định tại d Đoạn bc là đặc tớnh hóm ngược - Dũng điện hóm: -U,-E, U,+E, = Ue 2 "OR, +R, OR, +R, Mn=kolh
- Dũng điện hóm lị cú chiều ngược với chiều làm việc ban đầu và dũng
điện hóm này cú thờ khỏ lớn, do đú điện trở phụ đưa vào phải cú giỏ trị đủ lớn đờ hạn chế dũng điện hóm ban đầu lụa trong phạm vi cho phộp la < (2+2,5) lóm - Phương trỡnh đặc tớnh cơ _ U, — R,+R, M kỳ (hp)? c Hóm động năng kớch từ độc lập
- Là trạng thỏi động cơ làm việc như một mỏy phỏt mà năng lượng cơ học
của động cơ đó tớch luỹ được trong quỏ trỡnh làm việc trước đú biến thành điện năng tiờu tỏn trong mạch hóm dưới dạng nhiệt
- Khi động cơ đang quay cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện 1 chiều và đúng vào 1 điện trở hóm, cũn mạch kớch từ vẫn nối với nguồn như cũ
Trang 38
Re
Hỡnh 2-12 Sơ đồ, đặc tớnh cơ khi hóm động năng kớch từ độc lập
của động cơ điện một chiều kớch từ độc lập
+ Tai thoi diộm ban dau, toc d6 van co gia tri Ong Ena = kđĐ@na Eva kD, đủ =— =~ R,+R, R+R, Mg = kL, <0
+ lụa và Mua ngược chiều với dũng điện ban đầu của động cơ
+ Khi him động năng Ủy = 0 R, +R, — &Đ R, +R, (kb)? - Khi kđ = const thỡ độ cứng đặc tớnh cơ hóm phụ thuộc Rụ, Rụ càng nhỏ đặc tớnh cơ càng cứng, Mạ càng lớn hóm càng nhanh - Chọn Rạ sao cho dũng hóm ban đầu nằm trong giới hạn cho phộp: lạa< (2t2,5)lạm - Phương trỡnh cõn bằng cụng suất khi hóm động năng: Ey Jy = (Ry +R? d Hóm động năng tự kớch
- Xõy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng cả cuộn kớch từ khỏi
lưới điện và đúng vào một Rạ Chiều dũng điện cuộn kớch từ vẫn giữ khụng đổi
O=
R,
Trang 39
Hỡnh 2-13 Sơ đồ hóm động năng tự kớch của động cơ điện một chiều kớch từ độc lập - Từ sơ đồ nguyờn lý ta cú: lụ= lụ + lựr l= -E _ = kđo Ry R, R, # Rạr.R, Ry + RK, Rựr.R, - Phương trỡnh đặc tớnh cơ điện Rạự R, Rer +R, — “h - Dac tinh co R,+ Rer Ry Ruy +R, M (ko)?
- Hóm động năng cú hiệu quả kộm hơn hóm ngược khi chỳng cú cựng tốc độ ban
đầu và cựng Momen cản Mẹ Tuy nhiờn hóm động năng ưu việt hơn về mặt năng lượng Bài tập thực hành:
Cõu 1: Hóm ngược động cơ DCKT song song bằng cỏch đảo cực tớnh điện ỏp
đặt vào phần ứng
Mụmen động cơ cựng chiếu với tốc độ Mụmen động cơ ngược chiếu với tốc độ Mụmen động cơ băng với tốc độ
Mụmen và tốc độ bằng khụng
Cõu 2: Trạng thỏi hóm tỏi sinh xảy ra đối với động cơ DCKT độc lập khi Mụmen do tải trọng gõy ra > mụmen ma sỏt
Trang 40Cõu 3: Hóm ngược động cơ DC KT song song bằng cỏch đưa R; đủ lớn vào mạch phần ứng Khi phụ tải mang tớnh chất thế năng
Mụmen của động cơ lớn hơn mụmen tải
Mụmen của động cơ nhỏ hơn mụmen tải
Mụmen của động cơ bằng mụmen tải
Mụmen của động cơ khụng đỗi
Cõu 4: Đối với động cơ DCKT độc lập, Khi giảm đột ngột điện ỏp nguồn Ủy lỳc
động cơ đang quay sẽ Hóm tỏi sinh
Hóm ngược
Ham dong nang
Ham do ma sat
Cõu 5: Dũng điện hóm ban đầu trong trang thai ham động năng kớch từ độc lập
Th = Ena/ (Ru +Ru)
Tụ = - Ena/ (Ra +Rn) Th = Ena/ (Ru - Ra)
Th = - Ena/ (Ru - Ra)
Cõu 6: Hăm động năng động cơ DCKT song song Khụng tổn hao năng lượng
Tộn hao rất nhiều năng lượng
Tổn hao chủ yếu trờn mạch kớch từ Động cơ bỡnh thường Cõu 7: Dũng điện hóm ban đầu trong trạng thỏi hóm tỏi sinh của động cơ DCKT độc lập lý =[CUy+ Eu)/R] < 0 Th =[( Ex - Uy)/R] <0 T, = [( Uy - Ex)/R] < 0 Tụ = [E/R] <0 , Cõu 8: Trạng thỏi hóm tỏi sinh của động cơ DCKT doc lap co dac diộm @> @đọ @< Wo @= Wo @o= const
Cõu 9: Khi hóm tỏi sinh đối với động cơ DCKT độc lập
Động cơ khụng tiờu thụ năng lượng
Cú tiờu thụ năng lượng nhưng khụng đỏng kể Tiờu thụ rất nhiều năng lượng
Động cơ biến thành mỏy phỏt điện
Cõu 10: Hóm động năng động cơ DCKTSS là
Cắt động cơ ra khỏi lưới điện
Cắt phần ứng ra khỏi lưới điện Cắt phần cảm ra khỏi lưới điện