Giáo trình Truyền động điện (Nghề Điện công nghiệp - Trình độ Trung cấp): Phần 1 gồm có các nội dung: Bài mở đầu - Cấu trúc chung của hệ truyền động điện, Bài 1 - Cơ học truyền động điện, Bài 2 - Các đặc tính và trạng thái làm việc của động cơ điện, Bài 3 - Điều khiển tốc độ truyền động điện. Mời các bạn cùng tham khảo.
Trang 1BỘ GIAO THễNG VẬN TẢI
TRUONG CAO DANG GIAO THONG VAN TAI T GUONGI GIAO TRINH TRUYEN DONG DIEN
RINH DO TRUNG CAP : DIEN CONG NGHIEP
B yột dinh s6 1955/QD-CDGTVTTWI-DT ngay 21/12/2 trưởng Trường Cao đẳng GTVT Trung wong I
Trang 3MỤC LỤC
0))09/00).))) 0000 ` 4 MO DUN: TRUYEN DONG ĐIỆN â25- 2222222221121 5 BAI MO DAU: CAU TRUC CHUNG CUA HE TRUYEN DONG DIEN 7
1 Định nghĩa hệ truyền động điện 2- 22â+22+zv2tz+ecrxzcrx 7
2 Hệ truyền động của mỏy sản xuẤt -2-â22¿2+2+2E++2EEzt2rxesrrxecrk 7 3 Cấu trỳc chung của hệ truyền động điện (Hỡnh 4) . 9 4 Phõn loại cỏc hệ truyền động điện 2-22 ++Ê2+++tz+zzzxzcrx 10
BÀI 1: CƠ HỌC TRUYẩN ĐỘNG ĐIỆN . -22-â222csccczecccee 13
1 Cỏc khõu cơ khớ của truyền động điện, tớnh toỏn qui đổi cỏc khõu cơ khớ của truyền động điện t1 100400010000101000000000014004001.0 13
1.1 Tớnh toỏn qui đụi momen M, va luc can F, vộ truc dong co 1.2 Tớnh toỏn qui đụi mụmen quỏn tớnh - ôsôs=s=s<ôseses
2 Đặc tớnh cơ của mỏy sản xuất, động cơ -â+222z+2zxxecrxee 16
2.1 Đặc tớnh cơ của động cơ điện 2.2 Đặc tớnh cơ của mỏy sản xuõt
3 Cỏc trạng thỏi làm việc xỏc lập của hệ truyền động điện 20 3.1 Trạng thỏi động cơ
3.2 Trạng thỏi hóm (mỏy phỏ
BÀI 2: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG EO ĐIỂN gesesceusacssresaeceesta sauce canst tease chu cee nearness RUNS 23
1 Đặc tớnh của động cơ điện DC, cỏc trạng thỏi khởi động và hóm 1.1 Động cơ điện một chiờu kớch từ độc lập
1.2 Động cơ điện một chiờu kớch từ nụi tiệp,
2 Đặc tớnh của động cơ điện khụng đồng bộ, cỏc trạng thỏi khởi động và
2.1 Phương trỡnh đặc tớnh cơ
Trang 43.1 Phương trỡnh đặc tớnh cơ 3.2 Khởi động động cơ khụng đụng bộ 3.3 Cỏc trạng thỏi hóm
BAI 3: DIEU KHIEN TểC ĐỘ TRUYẩN ĐỘNG ĐIỆN 72
1 Khỏi niệm về điều chớnh tốc độ hệ truyền động điện; tốc độ đặt; chỉ tiờu
chất lượng của truyền động điều chỉnh 1.1 Dải điều chỉnh tốc độ 1.2 Độ trơn điều chỉnh 1.3 Độ ồn định tốc độ (độ cứng của đặc tớnh cơ) 1aọ.5TiHikiiihintếằseseesssnsnssrsorrsrienrranroage 1.5 Sự phự hợp giữa đặc tớnh điều chỉnh và đặc tớnh tải - di
2 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cỏch điều chỉnh sơ đồ mạch
2.1 Hệ thụng mỏy phỏt - động cơ ơ
2:2: Hệ chỉnh lữ - đỒH: GỠ toa gzcos020GESGG013033040338409581A0588382GEBSEttMlixsb
3 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cỏch điều chỉnh thụng số của động cơ 80 3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi điện ỏp phần ứng 81
3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đồi từ thụng
3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi điện trở ở mạch phần ứng
4 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cỏch thay đổi điện ỏp nguồn 83
5 Điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ bằng cỏch thay đổi thụng số
tiỆN 4D ớfSN ủ: svossesbbsiiesobdxadisggiaitiedgSsea0E0kiS0360188i 080080808 8405.180.yot, 86 6 Điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ bằng sơ đồ ndi tang (cascade)
1 Khỏi niệm về ỗn định tốc độ, độ chớnh xỏc duy trỡ tốc độ 95
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 . - 97 BÀI 5: ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA HỆ TRUYẩN ĐỘNG ĐIỆN 105
1 Đặc tớnh động của truyền động điện -s sô-s<ssevseezssee 105 106 106 2 Quỏ độ cơ học, quỏ độ điện cơ trong hệ truyền động điện
Trang 59:2; Quỏ :0ènh đứa độ đIỆN= 6Ù ỏacstitt66tbigi Go lGI4GBGXGAGSIRAGAGigugs 109
3 Khởi động hệ truyền động điện, thời gian mở mỏy 110
3.1 Quỏ trỡnh quỏ độ khi mở mỏy T10 3.2 Tớnh toỏn thời gian mở Imỏy - - + + x+x+x++exexexeertrrrrerrrrx 112
4 Hóm truyền động điện, thời gian hóm, dừng mỏy chớnh xỏc .„.113
4.1 Quỏ trỡnh quỏ độ khi hóm - 55-5 5< << <2 T13 4.2 Tớnh toỏn thời gian hóm, dừng mỏy ¿+ + + ++s+<+ss+cs>+ 115
BÀI 6: CHỌN CễNG SUÁT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYẩN ĐỘNG ĐIỆN
1 Phương phỏp chọn động cơ truyền động cho tải theo nguyờn lý phỏt nhiệt
lói 118
1.1 Phỏt núng và nguội lạnh của mỏy điện 118
1.2 Cỏc chờ độ làm việc của truyền động điện „ 119 1.3 Phương phỏp chung chọn cụng suõt động cơ ô+ 121
2 Chọn cụng suất động cơ cho truyền động khụng điều chỉnh tốc độ
2.1 Chọn cụng suõt động cơ làm việc dài hạn 192
2.2 Chọn cụng suất động cơ làm việc ngắn hạn „123
2.3 Chọn cụng suất động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại 124
3 Tớnh chọn cụng suất động cơ cho truyền động cú điều chỉnh tốc độ 124
4 Kiểm nghiệm cụng suất động cơr -s ô-ôessevvsseesseesssessse 126
Trang 6LỜI GIỚI THIỆU
Giỏo trỡnh này được thiết kế theo mụ đun thuộc hệ thống mụ đun/ mụn học của chương trỡnh đào tạo nghề Điện cụng nghiệp ở cấp trỡnh độ trung cấp 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 dộ hoc tập tiếp cỏc mụn học, mụ 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 mềm 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 cụ 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 7MễN HỌC: TRUYấN ĐỘNG ĐIỆN
Mó mụ đun: MH1I9
Vị trớ, tớnh chất, ý nghĩa và vai trũ của mụ đun:
- 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
- Tinh chat: Là mụ đun chuyờn mụn nghề - Ynghia va 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 như: 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, cần thận, tỏc phong cụng nghiệp cho học sinh Nội dung của mụ đun:
Sú Thời gian (giờ)
TT Tờn cỏc bài trong mụ đun Tụng |Lý |Thực |Kiờm
số thuyết |hành |tra*
I | Bài mở đầu 2 2
Cấu trỳc chung của hệ truyền động
_| điện k1 -
2 | Co hoc truyộn động điện 8 6 2
3 Cac dac tinh va trang thai lam viộc | 20 10 9 1
của động cơ điện S ơ
Trang 9BAI MO DAU: CAU TRUC CHUNG CUA HE TRUYEN DONG
DIEN
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, cầu 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 đề phục vụ cho cỏc bài học tiếp theo
Mục tiờu:
- Trinh bay được khỏi niệm, đặc điểm, ý nghĩa của hệ truyền động điện
- Giải thớch được cầu 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 đõy chuyền sản xuất mà dựng năng lượng điện thỡ gọi là truyền động điện (TDD)
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 đối 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 - Truyộn động mõm cặp của mỏy tiện
- _ Truyền động của cần trục và mỏy nõng
J,@,M, F=- nen |
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
Trang 10Hệ truyền động của mỏy sản xuất là tập hợp cỏc thiết bị phục vụ cho việc truyền chuyờn động từ động cơ điện tới cơ cõu sản xuất thực hiện việc sản xuất ra sản phõm theo yờu cầu cụng nghệ
Hệ truyền động của mỏy sản xuất Truyền động của mỏy bơm nước cl CT (Cỏnh bơm) â) Mer(Me) Khớp nối trục
Hỡnh I 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 cõu cụng tỏc CT nú chịu tỏc động của nước tạo ra Momen Mr 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 can
bang vội Momen d6ng co: Mc = M thỡ hệ sẽ cú chuyển động ồn định với tốc độ
khụng đổi œ = const
Truyền động mõm Ca may tiộn M đ PhốiPH â ( nỡ Mó Fe x MC m cập Dao cắt DC Cơ cấu cụng tỏc CT TL
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 cắt DC Khi làm việc động cơ é tạo ram omen M làm quay trục, qua bộ truyền lực TL chuyển động quay được truyền dến mõm cặp và phụi Lực cắt do dao tạo ra trờn phụi sẽ hỡnh thành Momen Mcr tỏc động trờn cơ cõu cụng tỏc cú chiều ngược với chiều chuyển động Nếu dời điểm đặt của Mr về trục động cơ ta cú Momen cản Mẹ Nếu Mẹ cõn bằng với Momen dộng co: Mc = M thỡ hệ sẽ cú chuyển động ồn định với tốc độ khụng đổi @ = const
Trang 11Truyền động của cần trục hoặc mỏy nõng Bộ truyền lực TL Động cơ é Trống tời TT \ l Ỷ Dr Dõy cỏp C vị Tải trọng G Hỡnh 3.Truyền động của cần trục
Cơ cõu cụng tỏc gồm trồng tời TT, day cap C và tải trọng G Lực trọng trường G tỏc động lờn trống tời tạo ra Momen trờn cơ cầu cụng tỏc Mcr va nờu dời điểm đặt của Mr vờ trục dộng cơ ta cú Momen cản Mc Nếu Mc can bang voi Momen dong co: Mc = M thi hộ sộ co chuyộn dong 6n dinh voi tốc độ khụng đổi @ = const
3 Cấu trỳc chung của hệ truyền động điện (Hỡnh 4)
Trang 12BBĐ: Bộ biến đồi, dựng để biến đổi loại dũng điện (xoay chiều thành một chiều hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn ỏp thành nguồn dũng hoặc ngược lại), biến đổi mức điện ỏp (hoặc dũng điện), biến đồi số pha, biến đụi tần sú Cỏc BBĐ thường dựng là mỏy phỏt điện, hệ mỏy phỏt - động cơ (hệ F- D), cac chỉnh lưu khụng điều khiộn và cú điều khiộn, cdc bộ biến tần
éĐ: Động cơ điện, dựng để biến đồi điện năng thành cơ năng hay co nang thanh 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 KĐB ba pha rụto dõy quấn 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 dộ 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 cầu 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 chuyộn )
ĐK: Khối điều khiộn, là cỏc thiết bị dựng để điều khiển bộ biến đổi BBĐ, động cơ điện é, cơ cầu truyền lực Khối điều khiển bao gồm cỏc cơ cõu đo lường, cỏc bộ điều chỉnh tham số và cụng nghệ, cỏc khớ cụ, thiết bị điều khiển đúng cất cú tiếp điểm (cỏc rơle, cụng tắc tơ) hay khụng cú tiếp điểm (điện tử, bỏn dẫn) Một sụ hệ TĐĐé TĐ khỏc cú cả mạch ghộp nụi với cỏc thiết bị tự động khỏc như mỏy tớnh điều khiển, cỏc bộ vi xử lý, PLC
Cỏc thiết bị do lường, cảm biến (sensor) dựng để lõy cỏc tớn hiệu phản hồi cú thộ là cỏc loại đồng hồ đo, cỏc cảm biến từ, cơ, quang
* Một hệ thụng TĐĐ khụng nhất thiết phải cú đầy đủ cỏc khõu nờu trờn Tuy nhiờn, một hệ thong TDD bat kỳ luụn bao gồm hai phan chớnh:
- Phần lực: Bao gồm bộ biến đồi và động cơ điện
~ Phần điều khiộn
*' 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 đạng một tớn hiệu nào đú để điều chỉnh lại việc điều khiển sao cho đại lượng đầu ra đạt giỏ trị 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 điềm 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 cõu tạo phức tạp và giỏ thành cao, hơn nữa nú đũi hỏi phải cú bộ nguồn một
Trang 13chiều, do đú trong những trường hợp khụng cú yờu cầu cao về điều chỉnh, người ta thường chọn động cơ KĐB dộ thay thộ
- 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 nguụn 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 đo việc điều chớnh tốc độ động cơ KĐB cú khú khăn hơn động cơ điện một chiều Trong những năm gần đõy, do sự phỏt 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 nghiờn.v.v )
Ngày nay do 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 cầu chuyển động của tay mỏy, người mỏy) đến hàng MW (cho cỏc truyền động mỏy cỏn, kộo tàu tục độ cao )
b) Theo tớnh năng điều chỉnh:
- Truyền động khụng điều chỉnh: Động cơ chỉ quay mỏy sản xuất với một tốc độ nhất định
- Truyền 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 truyền động điều chỉnh vị trớ
c) Theo thiột bị biến đổi:
- Hệ mỏy phỏt - động cơ (F-Đ): Động cơ điện một chiều được cấp điện từ một
mỏy phỏt điện một chiều (bộ biến đụi 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) Chỉnh lưu cú thể khụng điều khiển (Điụt hay cú điều khiển
(Thyristor)
4) 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 dộ phối hợp truyền động cho một cơ cầu cụng tỏc), truyền động quay và truyền động thẳng
Trang 14CÂU HỎI ễN TẬP
Cõu 1:Cấu trỳc chung của một hệ thống truyền động điện Phần động lực là bộ biến đụi 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 thụng 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 khiến chiều quay động cơ AC
Trang 15BÀI 1: CƠ HỌC TRUYẩN ĐỘNG ĐIỆN
Ma bai: 31-01 Giới thiệu:
Một hệ thống truyền động điện bao gồm nhiều phần tử cơ khớ cầu tạo nờn, 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 đụi cỏc đại lượng này về trục động cơ
Mục tiờu:
- Nhan dạng được cỏc khõu cơ khớ cơ ban cua hộ truyộn dong diộn
- Tinh toan qui đổi được mụ men cản, lực cản, mụ men quỏn tớnh về trục động cơ
- Xõy dựng được phương trỡnh chuyờn 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, My F~~~~~=~===~==————~ 1
Hinh 1-1 Sơ đồ động học của cơ cầu nõng hạ hàng
Khi tiến hành qui đụi 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
Điều kiện 2: Hệ thống phải được giả thiết là tuyệt đối cứng
Trang 16Giả sử khi tớnh toỏn và thiết kế người ta cho giỏ trị của Momen tang trống M, qua hộp giảm tốc cú tỷ sụ truyờn là Ă và suõt là nĂ Momen này sẽ tỏc động lờn trục động cơ cú giỏ trị Moaứ
Meqa.@ = M,x@, Dat: i= Se
1; a,
Tac6: Mega = Mx ext
+
Trong đú: z, 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 M,¿a Ta cú: F.xv Mega @, = — mx, Moga = Fo Vv Fel mx @ Nn 6 Trong do: 6 = [4 Vv 1 =, *1, Thuc hanh:
Vi du 1: Xac định Momen cản của tải trọng và dõy cỏp về trục động co, biột 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 Ge = 10%G, tốc độ nõng v=l6,5 m/s, hiộu suat cap bỏnh răng 0,95, hiệu suõt trụng tời 0,93, đường kớnh trồng tời D, = 0,6m <<<) Ja,o,M tp 1 a Ea 7 J0 T Ä~|J| T + ' Jie đt, Mer [7 = T T = ' ' ' Jo2 ' + ee ee Ge m[_ ]|v G
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 iĂ = iạ = 5, trọng lượng vật nõng G=22kN, trọng lượng dõy cap Gc = 10%G, vận tốc nõng v = 22m/s Hiệu suất cỏc cặp bỏnh răng 0,95, hiệu suất trồng tời 0,93
Trang 17Bộ truyền lực TL Trống tời TT Or ih Day cỏp C vị Tải trọng G
Hỡnh 1-3 Sơ đồ động học của cơ cấu cần trục
1.2 Tớnh toỏn qui đổi mụmen quỏn tớnh
— Cỏc cặp bỏnh răng cú Momen quỏn tớnh ]Ă Jx Momen quan tinh tang trong J,, khoi long quan tinh m va Momen quan tinh dong co Jy dộu c6 anh huong den tinh chat dong hoc cua hộ truyộn dong diộm nay ta goi la Jgg
Trang 18Cậu 3: Xỏc định Momen quỏn tớnh của tải trọng và dõy cỏp về trục động co, biột 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 Ă = 5, trọng lượng của vật nõng G = I0kN, trọng lượng day cap Gc = 10%G, tốc độ nõng v = 16,5 m⁄s, hiệu suất cặp bỏnh
răng 0,95, hiệu suất trồng tời 0,93, đường kớnh trồng toi D, = 0,6m
da,o,M * Sor
=
es 1
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 i, = ip = 5, trong 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 Dõy cỏp C vil ns 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 192.1 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 mụi 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 chiờu 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:
@= f(I) hay n= f(D
Chỳ ý: + Mỗi động cơ chỉ cú một đặc tớnh tự nhiờn
Trang 20Hỡnh 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 mờm tục độ œ giảm nhiờu khi Momen tăng 2.2 Đặc tớnh cơ của mỏy sản xuất
Đặc tớnh cơ biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ quay và mụmen quay: œ = fM) hoặc n = F(M) Trong đú: œ - 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 dưới dạng biểu thức tổng quỏt:
Me = Meo +(M gy —M eo) ——
dm
Trong đú:
Mc là mụmen cản của cơ cầu 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 cấu SX ứng với tốc độ định mức đm eo, a=-1 a=0 q=1 4 1: Đặc tớnh cơ ứng với q= -1 q=2 2: Đặc tớnh cơ ứng với q= 0 a 3: Đặc tớnh cơ ứng với q= 1 4: Đặc tớnh cơ ứng với q= -_ Mẹ; M M
Hỡnh 1-7 Đặc tớnh cơ của cơ cấu sản xuất ứng với cỏc trường hợp mỏy sản xuõt khỏc nhau
Ta cú cỏc trường hợp số mũ q ứng với cỏc trường hợp tải:
q |Mc ỊP Loai tai
+ Jt eonst ứng dụng đặc tớnh cơ của cơ cầu mỏy quõn dõy, cuụn giõy,
o CC truyền động chớnh của mỏy cắt gọt kim loại (mỏy tiện)
Trang 21
Cơ cõu nõng hạ, băng tải, mỏy nõng vận chuyờn, truyền 0 |€6flt [~e động ăn dao mỏy gia cụng kim loại Mỏy phỏt điện một chiờu với tải thuõn trở, cơ cõu ma sỏt, mỏy bào 1 |~o |~o 2 |~w | ~o? Thuy khi: Bom, quat, chan vit tau thuy
Ngoài ra cũn một số mỏy sản xuất cú cỏc đặc tớnh cơ khỏc:
- Momen phụ thuộc vào gúc quay Mc =f() ; hoặc Momen phụ thuộc vào đường đi Mc =f(s)
Vớ dụ : Cỏc mỏy cụng tỏc cú pittong, cỏc mỏy trục khụng cú cỏp cõn bằng - Momen phụ thuộc vào số vũng quay và đường đi Mc =f(s, @) như cỏc loại xe điện - Momen phụ thuộc vào thời gian Mc =f(t), Vi du: 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 U#Uam, fF fam, Ret 0, X40 M= Mam, 1#Mam M# Mam, 0% Mam — ;
Cõu 2: Điờu kiện đờ hệ TĐé 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 dang
M= (Mam Meo)- Meo+ (@/@am)* Me= Meo - (Mam- Meo)(@/@am) “
M.e= Meo + (Mam- Meo)(@/@am) “
Me= Moo + Mam(/0am) “
Cõu 4: Đặc tớnh cơ tự nhiờn của động cơ Khi U = Uạm, f= fam, R= 0
TAlam, Uam # 0, Mam M #Mam, DANG
Khi U 4 Usn, f# fam, RE O c
Trang 223 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 đồi 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: _Dong cong suat diộn Pgign cú giỏ trị dương nếu như nú cú chiều truyền từ nguồn đến | dong co va tir động cơ biến đổi cụng suất điện thành cụng
suất cơ P., = M o cấp cho mỏy sản xuất - Poo > 0 nộu Mg: sinh ra nú cựng chiều o - Paien < 0 nếu nú cú chiều từ động cơ về nguồn
~ Poo < 0 khi nú truyền từ mỏy sản suất về động cơ, Momen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay
- M của mỏy san 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
- Phuong trỡnh cõn bằng cụng suất của hệ thống truyền động là: Pg=P.+ AP
Trong do:
+ Pg: Cong suat diộn + Pe: Cộng suat co + AP: Cụng suất tụn 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 P.g = M.@> 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.ứ< 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 tai sinh, ham ngược và hóm động năng + Ham tai sinh: Pyien < 0, Peo < 0 co nang biộn thanh diộn nang
+ Hóm ngược: Pa¿n > 0, Pc„ < 0 điện năng và cơ năng trở thành tồn thất AP
+ Ham dong nang: Pgien = 0, Peo < 0 co nang biộn thanh cộng suất tổn that AP
- Trạng thỏi hóm và trạng thỏi động cơ được phõn bố trờn đặc tớnh cơ @(M), & goc phan tu I, III; Trang thai dong co, goc phan tư thứ II, IV; Trạng
thỏi hóm gúc phần tư II, IV
Trang 23đ Il Trang thỏi hóm I Trang thai dong co P.=M,.@<0 P.=M,.0>0 M, 4) dy = ae M, P¿=M, @ >0 Pc=M,.@ <0
TH Trạng thỏi â M, | IV Trang
dong co ON thai ham ais
Me 2
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
Paign = 0, Poo< 0, AP = | Pes |
Paign < 0, P.„< 0, AP =| Poo = Paign | Paiộn > 0, Peo< 0, AP = | Peo - Paiộn | Puien > 0, Peo< 0, AP = 0
Cõu 2: Trạng thỏi làm việc của động cơ điện gồm: Trạng thỏi động cơ
Trạng thỏi hóm
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 phan tu thir | va 4 Goc 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 phần tư thứ 1 và 4 Gúc hẳn tư thứ 2 và 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 24Mụmen 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 Pạ > , Eu<0, AP-= | Pio = Pain |
Pa = 0, Poo< 0, AP = | Peo | Pa < 0, Poo< 0, AP = | Peo - Paien | Py = 0, Peo= 0, AP = Pa- Peo
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 25BÀI 2: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA
ĐỘNG CƠ ĐIỆN 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 cơ M.(@) của nú Vậy muốn tỡm kiếm một trạng thỏi 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 cấp điện trở khởi động theo yờu cầu 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
Động cơ điện một chiều kớch từ độc lập: Cuộn kớch từ được cấp điện từ nguồn
Trang 26a, 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 ứng (rụto) như sau:
- Phương trỡnh cõn bằng điện ỏp của mạch phần ứng Uy = Ey + (Ry + Rp) Ie Trong do: U, : Điện ỏp phần ứng E, : Sức điện động phần ứng R, : Điện trở của mạch phần ứng Ry : Điện trở phụ trong mạch phần ứng 1¿: Dũng điện mạch phần ứng Với: Rụ =ry +rự +, +ru lụ= ĐÀ Â.0 =KÂo 2 a Trong đú: P: Số đụi cực từ chớnh
Trang 27
Tự là
Hỡnh 2-22 Đặc tớnh cơ điện của động cơ
- Dac tinh co: @ Muằ Hỡnh 2-3.Đặc tớnh cơ của động cơ - Khi l¿ = 0 hoặc M = 0 ta cú: = x O= 7 =a, Ky o : Goi la tộc 46 khong tải ký tưởng của động cơ - Khi @, =0 tacộ: U, ae zy — “Rak 1„ và M=KQ.lậm Tam Va Mam: Goi la dong điện ngắn mạch và Momen ngắn mạch Bài tập thực hành:
Trang 28Cõu 3: Khi tăng tải trờn trục động cơ DCKT độc lập sẽ làm Dong I, giam
Dong I, =const Dong I, tang
Dong I, =const, va Ij, 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 € 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: Pam (kW) Ua„(V) n(vg/ph) Nan J (kgm?) 4.4 220 1500 0.85 0.07
a) Tớnh dũng điện định mức và điện trở phõn ứng b) Xõy dựng đặc tớnh cơ tự nhiờn của động cơ c) Tinh 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 hưởng của điện trở phan tng
- Giả thiột: Uy = Ugm = const = bam = const - Muốn thay đồi điện trở mạch phần ứng ta nối thờm điện trở phụ Rự vào mạch phần ứng Ũ, Tỳ cú: @ọ = —”-= COHSE “Fdm pa dM (Kt) yar Ao R, +R,
- Khi Rr càng lớn thi 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 29khi 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 ngăn mạch cũng giảm Cho nờn ta thường sử dụng phương phỏp này để hạn chế dũng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phớa dưới tốc độ cơ bản b Ảnh hưởng của điện ỏp phõn ứng
- Giả thiết: ÿ = dam = const
- Khi thay đồi điện ỏp theo hướng giảm so với Uạ„ ta cú: + Tốc độ khụng tải: + = var ‘am Oox = + Độ cứng đặc tớnh cơ: B= _ (Koy = const ụ - Đường đặc tớnh cơ: @ TN U,z @o a, Gại Ur —=- €3 ——ˆ U: 93 Us 0 F—— Me M,
Hỡnh 2-5.Cỏc đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiều kớch từ độc lập
khi thay đụi điện ỏp phõn ứng
- Khi giảm điện ỏp thỡ Momen ngắn mạch, I„„ của động cơ giảm và tốc độ của động cơ cũng giảm ứng với | phy tải nhất định Do đú phương phỏp này
cũng được dựng đề điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dũng điện khi khởi
động
e ảnh hưởng của từ thụng
Trang 30- Thực tế thường điều chỉnh giảm từ thụng Nờn khi ẩx giảm thỡ @ox
tăng, cũn sẽ giảm Ta cú một họ đặc tớnh cơ với œạx tăng dõn và độ cứng của đặc tớnh giảm dõn khi giảm từ thụng
6 lạ 1 0 Meso Ment Men M
Hỡnh 2-6 Đặc tớnh cơ điện và đặc tớnh cơ của DCD một chiều kớch từ độc lập khi giảm từ thụng
- Khi thay đồi từ thụng thỡ:
Tie = ci = const Mam = K.ox-Inm = Var
Với dạng Momen phụ tải 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  6 Pam=ISKW, Usm= 220V, Tam= 81,5A, Giỏ trị của điện trở phần ứng R„ theo phương phỏp tớnh gần đỳng là: 0.220 2.19 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 thăng Đường cong Cõu 3: Giảm từ thụng của động cơ DCKT song song sẽ làm nọ giảm, j tăng nọ tăng, giảm nọ=0,B #0 nọ# 0, B =0
Cõu 4: Giả thiết @ = am = const, R„= const Khi giảm điện ỏp đặt vào phần ứng của động cơ DCKT song song
nọ giảm, j tăng nọ tăng, giảm nọ giảm, B = const no=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 31Điờm |: (0 @0 ), diộm 2: (idm, @dm) Điểm I: (0 @o ), điểm 2: (0 đam) Điểm I: (0 O am ), diộm 2: (Iam, 0) Điểm I: (lam - @o ), diộm 2: (0, @am)
Cõu 6: Phương trỡnh đặc tớnh cơ của động cơ DC KT song song
n=(U/ Keo) + (Rut Rp) M/ Ku Ke
n=(U/ Keo) - (Ry + Rp) M/ Ky Ke 6 = (U/ Keo) - ReM/ Ky Ke ộŸ` n= (U Keo) + Ru M/ Ky Keo” Cõu 7: Muụn thay đồi từ thụng của động cơ DCKT song song người tat hay đồi 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 dốc hơn
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 sẽ lớn
Độ cứng đặc tớnh cơ sẽ nhỏ Độ cứng đặc tớnh cơ -> ôâ Độ cứng đặc tớnh cơ =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) Uan(V) n(vg/ph) Tham J kgm”) 44 220 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 mạch phần ứng 1.1.3 Khởi động và tớnh toỏn điện trở khởi động
Trang 32
Hỡnh 2-7 Sơ đồ đấu dõy của động cơ khởi động qua 3 cấp điện trở
- Chọn R¿ = rạ + rp + rr; Khi khởi động (œ =0) thỡ lụa khụng vượt quỏ 2,5 lạm nhưng I„„ cũng khụng nờn quỏ nhỏ làm cho Mạạ cũng nhỏ di so với nguồn Momen cản
U
lam m= Gee s(0+25) = —“~ <(2+2,5)/, dm
- Phương phỏp xỏc định trị số điện trở phụ khởi động dựng đũ thị: + Dựa vào cỏc thụng số của động cơ vẽ đặc tớnh cơ tự nhiờn + Chọn 2 giới hạn chuyờn dũng điện khởi động động cơ
I, < (2+2,5).lam
In > (1,1 = 1,3 lam
Lay giỏ trị lị, la trờn trục hoành: Từ lĂ, I kẻ 2 đường dúng song song trục tung cắt đặc tớnh cơ tự nhiờn tại 2 điểm a và b
- Nối œạ với hỡnh (I,) ta được đặc tớnh khởi động đầu tiờn đặc tớnh này cắt đường dúng l› tại g
- Tai g kẻ đường song song với trục hoành cắt đường đúng lĂ tại f - Nồi @o 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 thoả món ta phải chọn lại IĂ hoặc I; rồi vẽ
lại cho tới khi đạt được
Trang 33bd Ry = “—*.R, =, 4, + Tuong tu nhu vay: Rp = i ơ 1 eo ca Om Te Hỡnh 2-8.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: th Pam(kKW) | Uam(V) n(vg/ph) Nam 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 tai sinh
- Xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ khụng tải lý tưởng
- Khi hóm tỏi sinh E„ >Uy , động cơ làm việc như một mỏy phỏt điện song song với lưới
le U,—E, _ kộo =kýo _ 0
R R
Mụ = kớ, <0
Trang 34
Hỡnh 2-9 Đặc tớnh cơ hăm 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 Hóăm ngược
- Xảy ra khi phần ứng dưới tỏc dụng của động năng tớch luỹ trong cỏc bộ phận chuyờn động hoặc do Momen thế năng quay ngược chiều với Momen điện từ của động cơ, khi đú chống lại sự chuyển động của cơ cầu sản xuất
- Cú hai trường hợp hóm ngược: + Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng
â
Hỡnh 2-10.Đặc tớnh cơ khi hóm ngược khi đưa R;
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= Mc hệ ồn định với tốc độ hạ khụng đổi @¿a, cd là đoạn đặc tớnh hóm ngược
Trang 35U,+E, _ U+kứo R,+R, R,+R, M=kol, + Dao chiờu điện ỏp phõn ứng @ Ih= +9 e — —> CKT Md) Rkt RE
Hinh 2-11.Ham nguge 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 mạch 1 R; thỡ động cơ chuyển sang làm việc ở điểm b trờn đặc tớnh biến trở Tại b Momen đó đổi chiều chong 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 và tại điểm 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, R,+R, +R, M, = ko,
- Dong điện ham I, co chiộu ngược với chiều làm việc ban đầu và dũng
điện hóm này cú thể khỏ lớn, do đú điện trở phụ đưa vào phải cú giỏ trị đủ lớn dộ
hạn chế dũng điện hóm ban đầu I„¿ trong phạm vi cho phộp la < (2+2,5) lạm = - Phuong trinh dac tinh co _ U, R,+R, kp (kp)? 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 va đúng vào l điện trở hóm, cũn mạch kớch từ vẫn nối với nguồn như cũ
Trang 36â + ve b: Â bú a $5 rer > -â Rồ + , )h —- Mục Me: MQ)
Hỡnh 2-12 Sơ đồ, đặc tớnh cơ khi hăm động năng kớch từ độc lập
của động cơ điện một chiờu kớch từ độc lập
+ Tại thời điểm ban đầu, tốc độ vẫn cú giỏ trị na Ena = kKđ@pa Bịu _ — kđĐứ, R,+R, RV+ẹR, M,„ = kđệI,„ <0 hd hd + lạ và Mụa ngược chiều với dũng điện ban đầu của động cơ + Khi hóm động năng U, = 0 _R, +R, R, kD _R, +R, (kg) - Khi kđ = const thỡ độ cứng đặc tớnh cơ hóm phụ thuộc Rị, Rụ càng nhỏ đặc tớnh cơ càng cứng, Mạ càng lớn hóm càng nhanh - Chọn Rụ sao cho dũng hóm ban đầu nằm trong giới hạn cho phộp: la < (2+2,5) lam - Phương trỡnh cõn băng cụng suõt khi hóm động năng: Eyl = (Ru +Rn In
d Ham d6ng nang tu kich
- Xay 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 đồi
hả
Trang 37
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: I, = 1, + lkr b= ——= R,+ ôrR, R,+ Rự‹R, Rẹ + R, Rep -R, - Phuong trinh dac tinh co diộn Rụ-R, on Bert kú - Đặc tớnh cơ R,+ Rer-Ry, Ruy +R, (ke)?
- Hóm động năng cú hiệu quả kộm hơn hóm ngược khi chỳng cú cựng tốc độ ban đầu và cựng Momen cản Mc 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 bằng 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
Mụmen do tải trọng gõy ra < mụmen ma sỏt Mụmen do tải trọng gõy ra = mụmen ma sỏt mụmen ma sỏt < 0
R,+
Trang 38Cau 3: Ham nguge dong co 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 đổi
Cõu 4: Đối với động cơ DCKT độc lập, Khi giảm đột ngột điện ỏp nguồn U„ lỳc
động cơ đang quay sẽ Hóm tỏi sinh Hóm ngược Hóm động năng Hóm do ma sỏt Cõu 5: Dũng điện hóm ban đầu trong trạng thỏi hóm động năng kớch từ độc lập Th = Ena/ (Ru +Rn) I, = - Ena/ (Ru +R) T, = Ena/ (Ru - Rn) I, = - Ena! (Re - Ra)
Cõu 6: Hăm động năng động cơ DCKT song song Khụng tồn 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 Th = [(CU¿+ Eu)/R] <0 lý =[(E¿ - Uu)/R] <0 I, = [( Uy - E,)/R] < 0 1, = [EVR] <0 Cõu 8: Trạng thỏi hóm tỏi sinh của động cơ DCKT độc lập cú đặc điểm (@> @Đg O< O= @0 @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 biờn thành mỏy phỏt điện
Cõu 10: Hăm 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 -
Trang 39THUC HANH | - ơ - SỐ
CAC TRANG THAI HOAT DONG CUA DONG CO MOT CHIEU KiCH TỪ ĐỘC LẬP I Muc tiộu
- Kiểm nghiệm và hiều đặc tinh cơ của động cơ điện một chiều
- Kiểm nghiệm và hiểu cỏc chế độ hóm tỏi sinh của động cơ một chiều kớch từ
độc lập II Thảo luận
1 Phương trỡnh đặc tớnh cơ của động cơ một chiều kớch từ độc lập cú dạng:
@=— —+M (1)
Khi điện ỏp phần ứng U¿, từ thụng ở, điện trở phần ứng R„ khụng đổi thỡ quan hệ
giữa tốc độ œ và Momen M là tuyến tớnh
2 Chế độ hóm tỏi sinh
Khi động cơ bị kộo bởi một động cơ khỏc hoặc bởi
một tải cơ thỡ động cơ xột sẽ chuyờn sang chế độ
mỏy phỏt hay chế độ hóm tỏi sinh III Chuan bi dung cu va thiột bi
- 1 mỏy tớnh cú cài đặt phần mềm thu thập dữ liệu
LVDAM-EMS
- 1 bộ thu thap di ligu DATA ACQUISITION INTERFACE
- 1 mỏy điện một chiều DC MOTOR/GENERATOR - | may do va tao tai co DYNAMOMETER
- 1 b6 diộn khang loc Smoothing Inductors - 1 bộ cầu Power Thyristors
- 1 b6 phat xung Thyristor Firing Unit IV Thực hiện
A Đặc tớnh cơ
1 Nối dõy curoa giữa trục mỏy điện một chiều và Dynamometer
2 Nồi mạch điện như hỡnh 1.2,
Chỳ ý: - Khụng núi nguụn U3
- Cỏc đụng hụ V, A, N, T sử dụng bộ thu thập dữ liệu Data Acquision Interface đo thụng qua mỏy tớnh do người hướng dẫn cài đặt trước
3 Trờn bộ Prime Mover/Dynamometer cài đặt như sau:
MODE: DYN Van nim Manual vộ MIN
Load Control Mode: Man
4 Văn nỳm điều chỉnh nguồn UI về 0
5 Nhắn cụng tắc nguồn (nỳt xanh) cấp nguồn UI và U2 Kiểm tra chắc chắn đủ
nguồn kớch từ U2 cỡ 200Vdc
6 Vặn nỳm điều chỉnh nguồn UI sao cho đồng hồ điện ỏp V trờn phần ứng đạt cỡ 200Vdc Động cơ đó quay Quan sỏt tốc độ hiển thị trờn màn hỡnh Ghi lại chiều quay của động cơ:
Trang 40
m— + 0,8H 1,5A Mỏy điện
Cầu Chỉnh lưu —Y—+——{A)—một chiờu | [ U2 Ali â | | ơ— 220Vd J L e ị 7 Ly —!B6 phat xung ! - ị U3
Khu vực do ƠV sz ometer
hướng dỏn lắp dat 0:220Vd ghi lại
Erime Mover/ ộ o bang Dynamometer 8 Van nim chinh nguộn U1 vộ 0 Tat nguộn U1 va U2 bang cach nhan nut mau do Bang 2-1 STT|Diộn ỏp phõn | Dũng điện phan | Toc do Momen un un, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
B Chộ d6 ham tai sinh
9 Nối dõy curoa giữa trục mỏy điện một chiều và Dynamometer 10 Nối mạch điện như hỡnh 1.2,
Chỳ ý:
- Noi nguộn U3, nguụn U3 phải độc lập với nguụn U1 và U2
- Cac dong hụ V, A, N, T sử dụng bộ thu thập dữ liệu Data Acquision Interface đo thụng qua mỏy tớnh do người hướng dẫn cài đặt trước
11 Trờn bộ Prime Mover/Dynamometer cài đặt như sau:
MODE: Prime Mover