Tài liệu Truyền động điện tự động (phần 7) docx

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đ 3.4. các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ Không đồng bộ bằng thay đổi thông số: 3.4.1. Vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK: Động cơ ĐK, đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm nổi bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu t ít, giá thành hạ, trọng lợng, kích thớc nhỏ hơn khi dùng công suất định mức so với động cơ một chiều. Sử dụng trực tiếp lới điện xoay chiều 3 pha Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu, (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ). Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tin học, động cơ ĐK mới đợc khai thác các u điểm của chúng. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả so với hệ Tiristor - Động cơ điện một chiều. Qua phơng trình đặc tính cơ của động cơ ĐK: th th th thth as2 s s s s )asI(M2 M ++ + = (3-13) Trong đó: 2 nm 2 1 ' 2 th XR R s + = (3-14) Và: ( ) 2 nm 2 11o 2 f1 th XRR.2 U.3 M + = (3-15) 2 nm 2 1 ' 2 th XR R s + = (3-16) Trang 104 Qua biểu thức (3-13), (3-14), (3-15), (3-16) ta thấy rằng khi thay đổi các thông số điện trở, điện kháng, điện áp, tần số, số đôi cực thì sẽ thay đổi đợc s th , M th và sẽ điều chỉnh đợc tốc độ của động cơ ĐK. 3.4.2. Điều chỉnh tộc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto (R 2f ): Qua các biểu thức (3-14), (3-15), khi thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto động cơ ĐK sẽ làm cho s th thay đổi tỷ lệ còn M th thì không thay đổi, vì vậy sẽ thay đổi đợc tốc độ của động cơ ĐK nh trên hình 3-6: * Nguyên lý điều chỉnh: khi thay đổi R 2f với các giá trị khác nhau, thì s th sẽ thay đổi tỷ lệ, con` M th = const, ta sẽ đợc một họ đặc tính cơ có chung o , M th , có tốc độ khác nhau và có các tốc độ làm việc xác lập tơng ứng. Qua hình 3-6, ta có: M th = const ~ 0 TN TN S th.TN 1 ĐK R 2f1 2 S th.1 R 2f2 R 2f.ic R 2f S th.2 0 M nm M c M th M a) b) H ình 3-6: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ. b) Các đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 105 Và: 0 < R 2f1 < R 2f2 < < R 2f.ic < S thTN < s th1 < s th2 < < s th.ic < TN < 1 < 2 < < ic < TN > 1 > 2 > > ic > Nh vậy, khi cho R 2f càng lớn để điều chỉnh tốc độ càng nhỏ, thì độ cứng đặc tính cơ càng dốc, sai số tĩnh càng lớn, tốc độ làm việc càng kém ổn định, thậm chí khi R 2f = R 2f.ic , dẫn đến M n = M c cho động cơ không quay đợc ( = 0). Và khi thay đổi các giá trị R 2f.i > R 2f.ic thì tốc độ động cơ vẫn bằng không ( = 0), nghĩa là không điều chỉnh đợc tốc độ, hay còn gọi là điều chỉnh không triệt để. * Các chỉ tiêu chất lợng của phơng pháp: Phơng pháp này có sai số tĩnh lớn, nhất là khi điều chỉnh càng sâu thì s% càng lớn, có thể s% > s% cp . Phạm vi điều chỉnh hẹp (thờng D = 2 ữ 3). Độ tinh khi điều chỉnh: 1 (điều chỉnh có cấp). Vùng điều chỉnh dới tốc độ định mức ( < đm ). Phù hợp với phụ tải thế năng, vì khi điều chỉnh mà giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi (M ~ M c ). * Ưu: Phơng pháp thay đổi điện trở phụ mạch rôto để điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK nh trên có u điểm là đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ. Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho các phụ tảI dạng thế năng (M c = const). * Nhợc điểm: Tuy nhiên, phơng pháp này cũng có nhợc điểm là điều chỉnh không triệt để; khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tĩnh càng lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch rôto, dòng rôto lớn nên phải thay đổi từng cấp điện trở phụ, công suất điều chỉnh lớn, tổn hao năng lợng trong quá trình điều chỉnh lớn. Trang 106 Mặc dù vậy, phơng pháp này thờng đợc áp dụng cho điều chỉnh tốc độ các động cơ ĐK truyền động cho các máy nâng - vận chuyển có yêu cầu điều chỉnh tốc độ không cao. Muốn nâng cao các chỉ tiêu chất lợng thì dùng phơng pháp xung điện trở . 3.4.3. Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato (u s ): Mômen động cơ ĐK tỉ lệ với bình phơng điện áp stato, nên có thể điều chỉnh mômen và tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato và giữ tần số không đổi nhờ bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC) nh hình 3-7: Nếu coi bộ ĐAXC là nguồn lí tởng (Z b = 0), khi u b u đm thì mômen tới hạn M th.u tỉ lệ với bình phơng điện áp, còn s th.u = const: == = = constss u.M u u MM gh.thth.u 2* bth 2 1 b gh.thu.th (3-17) S th.TN 0 S th.gh TN, u đm , R 2f = 0 u b1 < u đm M c () 0 M th2 M th1 M th M b) H ình 3-7: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ đ/c ĐK bằng u stato . b) Các đặc tính điều chỉnh bằng u stato đ/c ĐK TN R 2f a) U đk ~ đ/tGH, u đm , R 2f 0 ĐAXC 2 f 1 , u b u b2 < u b1 ĐK Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 107 Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát nóng của động cơ, ngời ta mắc thêm điện trở R 2f (hình 3-7). Khi đó, nếu điện áp đặt vào stato là định mức (u b = u 1 ) thì ta đợc đặc tính mềm hơn đặc tính tự nhiên, gọi là đặc tính giới hạn. Rõ ràng là: 2 f22 thgh.th R RR ss + = ; M th.gh = M th (3-18) Trong đó: M th.gh , s th.gh là mômen và hệ số trợt tới hạn của đặc tính giới hạn (đ/tGH). M th , s th là mômen và hệ số trợt tới hạn của đặc tính tự nhiên. Dựa vào đặc tính giới hạn M gh (s), và nếu = const, ta suy ra đặc tính điều chỉnh ứng với giá trị u b cho trớc nhờ quan hệ: gh u * u 2* b * u M M M ;uM == (3-19) Đặc tính điều chỉnh trong trờng hợp này nh hình 3-7b. Phơng pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ nh: máy bơm, quạt gió, Có thể dùng máy biến áp tự ngẫu, điện kháng, hoặc bộ biến đổi bán dẫn làm bộ ĐAXC cho động cơ ĐK. 3.4.4. Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi số đôi cực (p): Theo quan hệ: p )s1(pf2 )s1( 1 0 == (3-20) Trong đó: f 1 là tần số lới điện, p là số đôi cực. Vậy, thay đổi số đôi cực p, sẽ điều chỉnh đợc o và sẽ điều chỉnh đợc . Để có thể thay đổi đợc số đôi cực p, ngời ta phải chế tạo những động cơ ĐK đặc biệt, có các tổ dây quấn stato khác nhau để tạo ra đợc p khác nhau, gọi là máy đa tốc. Trang 108 Ví dụ ta có một tổ nối dây stato (1 pha) gồm 2 đoạn, mỗi đoạn là một phần tử nh hình 3-8. Nếu ta đấu nối tiếp 2 đoạn đó thuận cực nhau (đánh dấu * trên hình vẽ), thì do đờng sức từ phân bố trên nh trên hình 3-8a, nên số cực sẽ là 4 và p = 2. Nh vậy, bằng cách đổi nối đơn giản các tổ dây quấn, ta đã điều chỉnh đợc tốc độ: từ o ở sơ đồ 3-8a thành lên 2 o nh ở sơ đồ 3-8b, c; và điều chỉnh đợc tốc độ của động cơ ĐK. Thực tế, các động cơ ĐK đa tốc độ thờng gặp là đổi nối theo hai cách: hình sao sao kép (Y ) và tam giác sao kép ( ). Sơ đồ đổi nối đớc giới thiệu trên hình 3-9: + + + + * * N/2 S N S N/2 * * ~ a) p = 2; 0 H ình 3-8: Thay đổi số đôi cực bằng đổi nối tổ dây quấn * * ~ b) p = 1; 2 0 * * ~ c) p = 1; 2 0 + + + S N * * + + + + S N + * * * x 1 , r 1 * * x 1 , r 1 * x 1 , r 1 a) Sao đơn c) Sao kép H ình 3-9: Đổi nối dây quấn stato động cơ ĐK b) Tam giác x 1 , r 1 * x 1 , r 1 * x 1 , r 1 Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 109 Khi nối hoặc Y, hai đoạn dây quấn mỗi pha đợc đấu nối tiếp thuận cực giống nh trên hình 3-9a, nên ta giả thiết khi đó p = 2 và tơng ứng tốc độ đồng bộ là o . Khi đổi nối thành , các đoạn dây sẽ nối song song ngợc cực giống nh hình 3-9c, nên p = 1, tốc độ đồng bộ tăng gấp đôi ( o = 2 o ). Để dựng các đặc tính điều chỉnh, ta cần xác định cá trị số M th , s th và o cho từng cách nối dây. Đối với trờng hợp ta có các quan hệ khi nối , hai đoạn dây stato đấu nối tiếp, nên: === == nmnm2222 1111 x2X ;x2X ;r2R x2X ;r2R (3-21) Trong đó: r 1 , r 2 , x 1 , x 2 là điện trở và điện kháng mỗi đoạn dây stato và rôto. Điện áp trên dây quấn mỗi pha là 1f U.3U = . Do đó: 2 nm 2 1 ' 2 2' 21 2 1 ' 2 .th xr r )XX(R R s + = ++ = (3-22) [][] 2 nm 2 11o 2 1 2 nm 2 11o 2 1 .th xrr4 U9 XRR2 )U.3(3 M ++ = + = (3-23) Nếu đổi thành thì: 2 22 21 11 1 x 2 1 X ;r 2 1 R ;x 2 1 X ;r 2 1 R ==== (3-24) Còn điện áp trên dây quấn mỗi pha là: U f = U 1 . Vì vậy: 2 nm 2 1 ' 2 2' 2 1 2 1 ' 2 .th xr r )XX(R R s + = ++ = (3-25) Trang 110 [][] 2 nm 2 11o 2 1 2 nm 2 1 1 o 2 1 .th xrr4 U9 XRR2 )U.3(3 M ++ = + = (3-26) So sánh (3-62) với (3-59) ta thấy: 3 2 M M th. th = (3-27) Nh vậy, khi đổi nối , tốc độ không tải lý tởng tăng lên 2 lần ( o = o ), độ trợt tới hạn không đổi (giá trị tơng đối), còn mômen tới hạn giảm mất 1/3 lần. Đặc tính điều chỉnh có dạng nh trên hình 3-10a. Đối với trờng hợp đổi nối ta cũng suy luận tơng tự. Khi nối Y, các đoạn dây đấu nối tiếp và U Y 1Y = U 1 , nên: [] + = + = 2 nm 2 11o 2 1 thY 2 nm 2 1 ' 2 th. xrr4 U3 M xr r s (3-28) Trang 111 H ình 3-10: Các đặc tính điều chỉnh tốc độ khi đổi nối dây quấn stato và Y o o S th S th 0 M c.cp M c.cp M th M th M o S th o Y S th Y 0 M c.cp M thY M th M Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động So sánh (3-28) với các biểu thức tơng ứng của sơ đồ sao kép là (3-25) và (3-26) ta đợc: s thY = s th ; ththY M 2 1 M = (3-29) Nh vậy, khi đổi nối , tốc độ không tải lý tởng và mômen tới hạn tăng gấp đôi, còn hệ số trợt tới hạn vẫn giữ nguyên giá trị tơng đối của nó (hình 3-10b). Y Để xác định phụ tải cho phép khi điều chỉnh tốc độ, xuất phát từ giá trị công suất rồi suy ra mômen. Từ biểu thức của công suất, ta có: Khi nối : = cosIU33P m11cp.c (3-30) Khi nối : = m11 cp.c cosIU33P (3-31) Do đó: 1 cos3 cos2 P P c.cp cp.c = (3-32) Thực tế cho phép coi P c.cp P c.cp , vì hệ số công suất và hiệu suất khi nối cao hơn khi nối . Đó là do khi nối , điện áp đặt lên từng đoạn dây quấn lớn hơn khi nối , nên dòng từ hóa tăng một cách vô ích: Từ (3-32) ta suy ra quan hệ của mômen tải cho phép: 2 1 /P /P M M o o ocp.c o cp.c c.cp cp.c = (3-33) Nh vậy, khi đổi nối , mômen phụ tải cho phép của động cơ giảm đi hai lần, còn công suất cho phép thì đợc giữ không đổi (P cp = const). Điều đó chứng tỏ phơng pháp đổi nối này phù hợp với những máy có mômen tải tỷ lệ nghịch với tốc độ. Trang 112 Nếu đặt: = M th /M c.cp thì từ (3-27) và (3-32) ta thấy: 3 4 M/M M/M cp.cth cp.c th = (3-34) Nghĩa là khi đổi nối , khả năng quá tải của động cơ tăng lên 4/3 lần. Nếu các đoạn dây nối hình Y, thì: YYm11cpY.c cosIU3P = (3-35) So sánh với trờng hợp nối [xem (3-31)] ta có: 2 cos3 cos2 P P YY Yc.cp cp.c = (3-36) Và: 1 /P /P M M oYcpY.c o cp.c Yc.cp cp.c = (3-37) Nh vậy, khi đổi nối , mômen tải cho phép của động cơ đợc giữ không đổi, còn công suất cho phép thì tăng 2 lần. Điều đó có nghĩa là phơng pháp đổi nối này phù hợp với những máy có mômen tải không đổi (M Y c = const). Từ (3-37) và (3-29) ta tìm đợc quan hệ của hệ số quá tải : 2 M/M M/M cpY.cthY cp.c th Y = (3-38) Nghĩa là khi đổi nối , khả năng quá tải của động cơ tăng lên 2 lần. Y + Ưu điểm của phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi số đôi cực là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, các đặc tính cơ đều cứng và khả năng điều chỉnh triệt để (điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tởng). Trang 113 Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Nhờ các đặc tính cơ cứng, nên độ chính xác duy trì tốc độ cao và tổn thất trợt khi điều chỉnh thực tế không đáng kể. + Nhợc điểm lớn của phơng pháp này là có độ tinh kém, giải điều chỉnh không rộng và kích thớc động cơ lớn. 3.4.5. Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi tần số (f 1 ): 3.4.5.1. Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato: Về nguyên lý, khi thay đổi tần số f 1 thì o = 2pf 1 /p sẽ thay đổi và sẽ điều chỉnh đợc tốc độ động cơ ĐK. Nhng khi thay đổi f 1 f 1đm thì có thể ảnh hởng đến chế độ làm việc của động cơ. Giả sử mạch stato: E 1 cf 1 (3-39) Trong đó: E 1 là sđđ cảm ứng trong cuộn dây stato, là từ thông móc vòng qua cuộn dây stato, c là hằng số tỉ lệ, f 1 là tần số của dòng điện stato. Nếu bỏ qua sự sụt áp trên tổng trở cuộn dây stato thì ta có: U 1 E 1 cf 1 (3-40) Qua (3-45) ta thấy: nếu thay đổi f 1 mà giữ U 1 = const thì sẽ thay đổi theo. + Ví dụ: khi giảm f 1 < f 1đm để điều chỉnh tốc độ < đm mà giữ U 1 E 1 cf 1 = const thì theo (3-40), từ thông sẽ tăng lên, mạch từ động cơ sẽ bị bảo hòa, điện kháng mạch từ giảm xuống và dòng từ hóa sẽ tăng lên làm cho động cơ quá tải về từ, làm phát nóng động cơ, giảm tuổi thọ của động cơ, thậm chí nếu nóng quá nhiệt độ cho phép của động cơ thì động cơ có thể bị cháy. + Còn khi tăng f 1 > f 1đm nếu giữ U 1 E 1 cf 1 = const và phụ tải M c = const, mà khi làm việc, mômen M KI 2 cos = M c = const. Vậy khi tăng f 1 > f 1đm sẽ làm cho giảm, dẫn đến dòng I 2 tăng, nghĩa là động cơ sẽ bị quá tải về dòng, nó cũng bị phát nóng làm xấu chế độ làm việc của động cơ hoặc bị cháy. Trang 114 3.4.5.2. Quy luật điều chỉnh điện áp stato khi thay đổi tần số: Hình 3-12, xác định khả năng quá tải về mômen khi điều chỉnh tần số: f 1 < f 1đm . Nghĩa là: const M M th == (3-41) Trang 115 ~ u 1 , f 1đm Vì vậ y , khi tha y đổi tần số f 1 để điều chỉnh tốc độ thì n g ời ta thờn g kết hợ p tha y đổi điện áp stato u 1 . Và n g ời ta thờn g dùn g bộ biến đổi tần số (BT) để điều khiển tốc độ độn g cơ ĐK nh hình 3-11. BT f 1 , u b ĐK Hình 3-11: hệ BT - ĐK đm U 1đm , f 1đm 0 M c M cđm M th M thđm M o ođm M c () Đối với hệ dùn g biến tần n g uồn á p thờn g có y êu cầu g i ữ cho khả năn g q uá tải về mômen là không đổi tron g cả p hạm vi điều chỉnh tốc độ. u 1 , f 1 H ình 3-12: Xác định khả năng quá tải về mômen Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato (R 1 = 0) thì từ (3-41): 2 1 2 1 nm 1 2 1 nmo 2 1 th f U .K L. p f2 .2 U X.2 U M = = (3-42) Trong đó, coi: X nm = L; và o = 2f 1 /p. Quan hệ M c = f(): q m1 1 q m m.cc f f .AMM = (3-43) Trong đó: q = -1,0,1,2 Theo (3-41), (3-42), (3-43) ta có: q m.1 1 m.1 m.1 1 1 f f f U f U = (3-44) Suy ra: + = 2 q 1 m.1 1 m.1 1 f f U U ; với q = -1, 0, 1, 2; (3-45) Hay ở dạng tơng đối: + = 2 q 1 * 1 * 1 fu ; (q = -1,0,1,2) (3-46) Nh vậy, khi thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK, ta phải thay đổi điện áp sao cho đảm bảo điều kiện (3-41), nhng lại phụ thuộc vào các dạng phụ tải. 3.4.5.3. Các đặc tính điều chỉnh tần số và điện áp stato: Các dạng đặc tính cơ khi thay đổi tần số và điện áp stato với các phụ tải khác nhau (hình 3-13): Trang 116 Trên hình 3-13a, khi phụ tải M c I/ (q = -1) thì điều chỉnh tần số và điện áp stato theo qui luật: const f U 2/1 1 1 = (3-47) Trên hình 3-13b, khi phụ tải M c = const (q = 0) thì điều chỉnh tần số và điện áp stato theo qui luật: Trang 117 H ình 3-13: Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số và điện áp theo qui luật M = const với các phụ tải khác nhau: 1 02 f 1đm 0 M c M th M o1 ođm f 1đm < f 11 f 12 < f 1đm 2 đm b) đm 2 f 1đm < f 11 0 M th1 M thđm M th2 M o2 ođm f 1đm f 12 < f 1đm 1 M c () o1 M th () a) đm 2 f 1đm < f 11 0 M th2 M thđm M th1 M o2 ođm f 1đm f 12 < f 1đm 1 o1 M c () M th () M c () 1 c) 02 f 1đm 0 M th2 M thđm M th1 M o1 ođm f 1đm < f 11 f 12 < f 1đm 2 đm M th () d) Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động const f U 1 1 = (3-48) Trên hình 3-13c, khi phụ tải M c = const (q = 1) thì điều chỉnh tần số và điện áp stato theo qui luật: const f U 2/3 1 1 = (3-49) Trên hình 3-13d, khi phụ tải M c = const (q = 2) thì điều chỉnh tần số và điện áp stato theo qui luật: const f U 2 1 1 = (3-50) Đ 3.5. điều chỉnh tự động tốc độ động cơ bằng Cách thay đổi thông số thông số đầu ra: 3.5.1. Nguyên lý chung: Để cải thiện các chỉ tiêu chất lợng của hệ thống truyền động điện điều chỉnh, ngời ta thờng thực hiện các phơng pháp điều chỉnh tự động, tạo ra khả năng biến đổi thông số điều chỉnh (thông số đầu vào X đch ) một cách liên tục theo mức độ thay đổi của thông số đợc điều chỉnh ở đầu ra (đại lợng X). Muốn vậy, ta phải thiết lập hệ điều chỉnh vòng kín, lấy tín hiệu phản hồi từ đầu ra trực tiếp tỉ lệ với đại lợng X hoặc gián tiếp qua các đại lợng liên quan đến X, cho tác động lên thông số đầu vào, làm cho thông số này thay đổi tự động theo chiều hớng đa đại lợng X đạt đến giá trị đặt trớc. Cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tự động vòng kín nh trên hình 3-14. Các tín hiệu điều khiển ở đầu vào thờng là điện áp: U đ - tín hiệu đặt, tỷ lệ với giá trị đặt của thông số đợc điều chỉnh: tốc độ đ (U đ đ ); U ph - tín hiệu phản hồi, tỷ lệ với giá trị thực của thông số đợc điều chỉnh (U ph ); U = U đk - tín hiệu sai lệch, phản ánh mức độ sai lệch giữa giá trị thực của thông số ra với giá trị mong muốn đã đặt trớc đ . Trang 118 U đk chính là tín hiệu dùng để điều khiển phần tử điều chỉnh ĐCh sao cho thông số của nó tự động thay đổi, và tác động vào động cơ để đủ làm cho giá trị tiến đến đ , đó chính là tự động ổn định tốc độ. U đ U đk ổn định tốc độ trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có ý nghĩa rất lớn trong việc cải thiện các chỉ tiêu chất lợng của hệ TĐĐTĐ. Thờng tăng độ cứng đặc tính cơ để ổn định tốc độ bằng cách dùng hệ thống điều khiển vòng kín. Các đặc tính cơ hệ hở có = (k) 2 /R không đổi trong phạm vi điều chỉnh. Đối với đặc tính cơ thấp nhất có s.đ.đ. E b0 , nếu M c = M đm thì tốc độ làm việc sẽ là = min và sai số tĩnh thờng sẽ lớn hơn giá trị cho phép: S= M . đm 0min >S cp (3-51) Để S S cp thì cần tìm biện pháp tăng tốc độ đến = min . Điểm làm việc [ min , M đm ] đã nằm trên đặc tính khác của hệ có 0 = 01 và E b1 = k 01 > E b0 . Nối điểm ( 0min , 0) với điểm ( min , M đm ) và kéo dài ra ta đợc đặc tính mong muốn có độ cứng m và: =- 0min M m (3-52) Giá trị m đợc xác định theo công thức: Trang 119 ĐCh Đ U ph PH H ình 3-14: Hệ điều chỉnh tự động vòng kín Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động S= M b. S đm m0min cp (3-53) Giao điểm của đặc tính cơ mong muốn với các đặc tính hệ hở cho biết các giá trị cần thiết của E b khi thay đổi mômen tải. Đặc tính này đợc dựng ở gốc dới bên trái của hình 3-14. 3.5.2. Điều chỉnh tự động tốc độ theo dòng điện tải: Qua hình 3-15, để nâng độ cứng lên m ta có thể điều chỉnh E b theo dòng điện tải. Tại giao điểm của đặc tính cơ hệ hở và hệ kín (mong muốn) thì tốc độ và mômen có giá trị nh nhau nên: E k - M =- M E=E +k b đm 0 m bb0d (3-54) ' I Trong đó: ) 1 - 1 ()k(k ; .k=E m 2 m ' d0mb0 = ; (3-55) Trang 120 Nguyên lý điều chỉnh (3-54) có thể đợc thực hiện bằng mạch phản hồi dơng dòng điện phần ứng nh trên hình 3-16a. Theo sơ đồ 3-16, ta có: E b = k b (U đ + R d I) (2-56) = kU k - R+(1-k k bđ đm b đm )R I d (2-57) Trong đó: U đ - điện áp đặt tốc độ, U i = R d I - điện áp phản hồi dòng điện, R d - điện trở sun trong mạch phần ứng. So sánh (3-56) với (3-54) ta có: E b0 = k b .U đ ; K d = k b .R d (2-58) Nếu chọn: k b .R d = (R + R d ) thì m = , ta đợc đặc tính cơ cứng tuyệt đối. Nếu k b .R d > (R + R d ) thì đặc tính cơ mong muốn sẽ có độ cứng dơng, và động cơ làm việc sẽ không ổn định. Trong trờng hợp biết trớc , m cần phải tính R d , k b cho phù hợp, (hình 2-16b). 3.5.3. Điều chỉnh tự động tốc độ theo điện áp phần ứng: Qua hình 3-16, để nâng độ cứng lên m ta có thể điều chỉnh E b bằng cách dùng mạch phản hồi âm điện áp phần ứng. Dựa vào phơng trình đặc tính tải của bộ biến đổi: Trang 121 m > 0 I m = U đk U đ BĐ Đ R d m < 0 U + i a) I, M b) 01 0min H ình 3-16: Sơ đồ và đặc tính phản hồi dơng dòng điện tải m min min E b1 E b0 E b2 E b0 0 E b M đm M, (I) E b (M) M, (I) H ình 3-15: Đặc tính cơ của hệ bộ Biến đổi - Động cơ Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động E b = U + R b I, vì R b = R - R nên: IU (3-59) tn = 1 (k (E - đm b )( ) ) 2 11 Trong đó: tn = (k đm ) 2 /R là độ cứng đặc tính cơ tự nhiên. Thay (3-59) vào (3-54) và đặt: b= 1 - 1 )( 1 - 1 ) E= E 1 ; k b ; mtn ' ( ' bb a bb 00 11 = (3-60) Ta có biểu thức tính s.đ.đ. E b theo điện áp phần ứng: E b = E b0 - k a U (3-61) Nguyên lý điều chỉnh (3-61) có thể đợc thực hiện bằng mạch phản hồi âm điện áp phần ứng nh trên hình 3-17a: Bỏ qua dòng điện trong các điện trở r 1 , r 2 và đặt k a = r 2 /(r 2 +r 1 ): E b = k b (U đ - k a U) (3-62) = kU (1 + k k ). k - R- kk 1+k k (k bđ bđm b b đm a a a b R M ) 2 (3-63) Trang 122 Nếu mạch có k b k a >> 1 thì (3-63) sẽ có dạng: = =- U k.k - R (k U đ đm đm đ a a tn M k M ) (,) 2 0 (3-64) Khi thay đổi hệ số phản hồi điện áp k a (bằng con trợt trên chiết áp r 1 , r 2 ) thì cả tốc độ không tải lỷ tởng lẫn độ cứng đặc tính cơ đều thay đổi theo. Trờng hợp hệ có hệ số khuếch đại rất lớn thì độ cứng mong muốn có thể đạt giá trị tối đa bằng tn , (hình 3-17b). 3.5.4. Điều chỉnh tự động dùng phản hồi âm tốc độ động cơ: Qua hình 3-16, để nâng độ cứng lên m ta có thể điều chỉnh E b bằng cách dùng mạch phản hồi âm tốc độ động cơ. Dựa vào phơng trình đặc tính điện cơ Bộ biến đổi - Động cơ một chiều ta rút ra đợc dòng điện phần ứng và thay vào (3-54) ta có: E 1 1-k (E - k R EE-( E=E -k. bb0 đm b m b0 m đm bb0 '' t ' = =- d d R k k . ) ). 1 (3-65) Trang 123 U đ U đk U - a BĐ I r 1 r 2 Đ a) m = tn m I, M b) H ình 3-17: Sơ đồ và đặc tính phản hồi âm điện áp phần ứng U 0 0 k b k t = U đk U đ BĐ Đ U - a) k t FT I, M b) H ình 3-18: Sơ đồ và đặc tính phản hồi âm tốc độ động cơ [...]... cấp điện trở đó 9 Trình bày nguyên lý điều chỉnh dòng điện và mômen (khởi động) của động cơ không đồng bộ lồng sóc bằng ph ơng pháp thay đổi điện áp stato và ph ơng pháp dùng điện trở phụ stato Ths Kh ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 11 Đặc điểm làm việc của động cơ không đồng bộ khi đ ợc cung cấp điện áp và tần số định mức, và khi thay đổi tần số khác với định mức ? Từ thông của động. .. khởi động hai giai đoạn của động cơ đồng bộ thông dụng 16 Hãy trình bày nguyên lý làm việc của hệ Bộ biến đổi Động cơ một chiều có điều chỉnh tốc độ tự động vòng kín khi dùng phản hồi âm điện áp phần ứng 17 Hãy trình bày nguyên lý làm việc của hệ Bộ biến đổi Động cơ một chiều có điều chỉnh tốc độ tự động vòng kín khi dùng phản hồi d ơng dòng điện 18 Hãy trình bày nguyên lý làm việc của hệ Bộ biến đổi Động. .. điều khiển động cơ điện một chiều và động cơ điện không đồng bộ ? Mỗi loại động cơ có mấy ph ơng pháp điều khiển ? Những ph ơng pháp nào đ ợc xem là có hiệu quả ? 4 Những ph ơng pháp điều khiển nào của động cơ điện một chiều có thể dùng để điều chỉnh tốc độ ? Những ph ơng pháp nào dùng để điều chỉnh mômen và dòng điện ? 5 Hãy đánh giá các chỉ tiêu chất l ợng của ph ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một... chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 6 Nêu ứng dụng của ph ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng 7 Nêu u, nh ợc điểm của ph ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi từ thông kích thích 8 Trình bày cách dựng họ đặc tính khởi động của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn khi dùng các cấp điện trở phụ nối vào mạch... việc của hệ Bộ biến đổi Động cơ một chiều có điều chỉnh tốc độ tự động vòng kín khi dùng phản hồi âm tốc độ, phản hồi hỗn hợp âm điện áp và d ơng dòng điện phần ứng 19 Hãy trình bày hoạt động của sơ đồ nguyên lý hệ Bộ biến đổi - Động cơ một chiều có phản hồi âm dòng điện có ngắt và cách tạo ra đặc tính máy xúc 10 Ph ơng pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực có những... số của động cơ không đồng bộ ? Mô tả nội dung cơ bản của các luật điều khiển đó 13 Ưu, nh ợc điểm của ph ơng pháp điều khiển tần số của động cơ không đồng bộ ? Vì sao nói ph ơng pháp này của động cơ không đồng bộ có thể so sánh đ ợc với ph ơng pháp điều khiển điện áp phần ứng của động cơ một chiều kích từ độc lập ? 14 Ng ời ta th ờng quan tâm đến những vấn đề khởi động và điều khiển nào đối với động. .. Cđ(kbkng.d + R)(I - Ing); Trang 125 (3-69) Ths Kh ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Câu hỏi ôn tập 1 Có những chỉ tiêu chất l ợng nào dùng để đánh giá các ph ơng pháp điều khiển động cơ ? Nêu định nghĩa và trình bày ý nghĩa của từng chỉ tiêu 2 Phân tích ý nghĩa của việc điều chỉnh tốc độ và điều chỉnh dòng điện (hoặc mômen), nêu yêu cầu thực tế của việc điều chỉnh từng thông số ? Những...Ths Kh ơng Công Minh Trong đó: Eb0 = Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Eb0/ , kt = ( m / -1).k m đm Luật điều chỉnh (3-65) đ ợc thực hiện bằng phản hồi âm tốc độ (hình 3-18a), trong đó tín hiệu tốc độ đ ợc lấy trên máy phát tốc FT là máy phát có điện áp ra tỷ lệ với tốc độ động cơ: U = kt k b U đ - R M / k đm = (1+ k b k t / k đm ) k đm m = (k 2 đm ) (1+ k... Eb 1 E b0 1 (k đm ) 2 (I - I ng ) ng Eb E b0 ' k ng.d ( I (3- 67) I ng ) Để thực hiện quy luật điều chỉnh này, ta dùng một khâu phản hồi âm dòng điện có ngắt tác động trên mức ng ỡng Ing, sơ đồ nguyên lý nh hình 3-19b Điện áp so sánh: Us = Ing.Rđo, vậy: Eb = kb[Uđặt - I Rđo + Us] = kb.Uđặt - kb.Rđo.(I - Ing); (3-68) So sánh với (3- 67) ta thấy: Eb0 = kb.Uđặt ; kng.d = kb.Rđo = kb.kng.d; Đoạn BC: =... R Ths Kh ơng Công Minh Vì đặc tính này rất đặc tr ng cho công nghệ của máy xúc nên ng ời ta gọi nó là đặc tính máy xúc ~ A 0 đm (3-66) 0 BĐ C Ing Inm Iđm Uđặt I Đ Rđo B ng đm ) Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Uh Vng Us U b) a) Từ (3-66) có thể tính đ ợc hệ số khuếch đại yêu cấu của hệ sao cho đặc tính cơ thấp nhất trong phạm vi điều chỉnh đạt độ cứng mong thì đặc tính cơ là tuyệt đối cứng muốn . điều chỉnh tự động vòng kín Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động S= M b. . điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 105