Giáo Trình Truyền Động Điện.pdf

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang tính[.]

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI MỞ ĐẦU Truyền động điện môn học sở kỹ thuật chuyên ngành điện cơng nghiệp, tự động hóa, điện…Nhằm cung cấp cho người học kiến thức phương pháp điều khiển tốc độ hệ truyền động điện, tính chọn động điện cho hệ truyền động, lựa chọn biến đổi phù hợp với yêu cầu hệ truyền động Với mục tiêu trên, nội dung môn học chia thành sau: - Bài Cấu trúc chung hệ truyền động điện - Bài 2: Truyền động điện động chiều - Bài 3: Hệ truyền động động xoay chiều không đồng pha Các học xếp theo trình tự phù hợp với nhận thức phát triển nhận thức người học nghề, nhiên để đạt hiệu cao đọc giáo trình người học cần nắm vững kiến thức môn học sở khác, đặc biệt môn máy điện, điện tử công suất, trang bị điện Để thực biên soạn giáo trình tác giả dựa vào tài liệu tham khảo nêu cuối giáo trình, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy bậc cao đẳng nghề Tác giả cố gắng trình bày vấn đề cách đơn giản, dễ tiếp thu cho người học Tuy nhiên trình độ thời gian hạn chế nên giáo trình cịn nhiều sai sót, mong đóng góp xây dựng bạn đọc Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Hiếu Liêm i MỤC LỤC Bài 1: CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1 Định nghĩa hệ truyền động điện Hệ truyền động máy sản xuất Cấu trúc chung hệ truyền động điện Phân loại hệ truyền động điện Thực hành: Bài 2: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ CHIỀU Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Đặc tính động điện chiều kích từ nới tiếp 20 Bài tập thực hành: 25 Bài 3: HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA 28 Đặc tính động điện khơng đồng pha 28 Khởi động hãm động 33 Điều chỉnh tốc độ động xoay chiều ba pha không đồng 35 Bài tập thực hành: 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN ii Tên mô đun: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mã mô đun: MĐ26 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun Truyền động điện học sau mô đun, môn học Kỹ thuật sở, đặc biệt mô đun môn học: Mạch điện; Trang bị điện; Máy điện - Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề - Ý nghĩa vai trị mơ đun: Trong nghiệp cơng nghiệp hóa ­ đại hóa đất nước, ngành cơng nghiệp điện giữ vai trò quan trọng sản xuất sinh hoạt người Tập hợp thiết bị như: Thiết bị điện, điện từ, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu chấp hành máy sản xuất, đồng thời điều khiển dịng lượng theo u cầu cơng nghệ máy sản xuất Nội dung mô đun nhằm trang bị cho học viên kiến thức, kỹ Truyền động điện Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: Trình bày nguyên tắc phương pháp điều khiển tốc độ hệ truyền động điện - Kỹ năng: • Đánh giá đặc tính động hệ điều khiển truyền động điện • Tính tốn xây dựng đặc tính tự nhiên nhân tạo • Lựa chọn biến đổi phù hợp với yêu cầu hệ truyền động - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, xác, chủ động, sáng tạo khoa học, nghiêm túc học tập công việc iii Bài 1: CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mã bài: MĐ26-01 Giới thiệu: Bài học giới thiệu tới sinh viên khái niệm hệ truyền động điện, hệ truyền động điện máy sản xuất, cấu trúc cách phân loại hệ thớng truyền động điện, từ giúp sinh viên phân tích hệ truyền động điện thực tế có nguồn kiến thức để phục vụ cho học Mục tiêu: Kiến thức: - Trình bày khái niệm, đặc điểm, ý nghĩa hệ truyền động điện Kỹ năng: - Giải thích cấu trúc chung phân loại hệ truyền động điện Năng lực tự chủ trách nhiệm: - Rèn luyện đức tính chủ động, nghiêm túc học tập cơng việc Nội dung: Định nghĩa hệ truyền động điện Hệ truyền động điện tổ hợp nhiều thiết bị phần tử điện - dùng để biến đổi điện thành cung cấp cho cấu công tác máy sản xuất, đồng thời điều khiển dịng lượng tuỳ theo yêu cầu công nghệ máy sản xuất Hệ truyền động máy sản xuất a Hệ truyền động máy bơm nước Động điện Đ biến đổi điện thành tạo momen M làm quay trục máy cánh bơm Cánh bơm cấu cơng tác CT, chịu tác dộng nước tạo momen MCT ngược chiều tốc độ quay  trục, momen tác động lên trục động cơ, ta gọi momen cản Mc Nếu Mc cân với momen động : M = MC hệ có chuyển động ổn định với tớc độ khơng đổi  = const Hình 1-1 Truyền động máy bơm nước b Truyền động mâm cặp máy tiện Cơ cấu công tác CT bao gồm mâm cặp MC, phôi (kim loại) PH kẹp mâm dao cắt DC Khi làm việc động Đ tạo momen M làm quay trục, qua truyền lực TL gồm đai truyền cặp bánh răng, chuyển động quay truyền đến mâm cặp phôi Lực cắt dao tạo phơi hình thành momen MCT tác động cấu công tác có chiều ngược với chiều chuyển động Nếu dời điểm đặt MCT trục động ta có momen cản Mc (thay cho MCT) Cũng tương tự ở ví dụ trước, M = Mc hệ làm việc ổn định với tốc độ quay  = const tốc độ cắt dao phơi khơng đổi Hình 1-2 Truyền động mâm cặp máy tiện c Truyền động cần trục máy nâng Cơ cấu cổng tác gồm trống tời TT, dây cáp C tải trọng G Lực trọng trường G tác động lên trống tời tạo momen cấu công tác MCT dời điểm đặt trục động ta có momen cản Mc (thay cho MCT) Còn động Đ tạo momen quay M Khác với hai ví dụ trước, ở cần trục máy nâng MCT (hoặc Mc) có chiểu tác động lực trọng trường định nên không phụ thuộc chiểu tốc độ, nghĩa có trường hợp ngược chiều chuyển động - cấu cổng tác tiêu thụ lượng động cung cấp có trưởng hợp MCT chiều chuyển động - cấu công tác gây chuyển động, tạo lượng cấp cho trục động Ví dụ, nâng tải trọng, động cấp lượng để gây chuyển động : M chiều  Tải trọng cản trở chuyển động tiêu thụ lượng động cấp vào hệ : Mc ngược chiều  Khi hạ tải trọng nặng, tải trọng với lực trọng trường làm trống tời quay Chính cấp vào hệ gây chuyển động : MCT (hoặc Mc) chiều  Năng lượng qua truyền TL đưa động làm quay trục động Lúc động làm việc máy phát điện, tiêu thụ biến thành điện Đồng thời momen động sinh ngược chiều qụay trục : M ngược chiều  Động đã biến thành phanh hãm Cấu trúc chung hệ truyền đợng điện Trong ví dụ trên, động Đ nới trực tiếp vào lưới điện cơng nghiệp nới vào nguổn riêng, gọi thiết bị biến đổi (BĐ) để tạo dạng điện cần thiết với thông sổ phù hợp với yêu cầu động Cấu trúc hệ truyền động điện sơ đồ khới hình 1-4 Ngồi khâu đã giới thiệu ở hệ cịn có điều khiển ĐK để đóng cắt, bảo vệ điều khiển tồn hệ thớng Hình 1- Cấu trúc hệ truyền động điện Để thuận tiện cho việc khảo sát ta chia khâu truyền động thành hai phần : phần điện phần Phần điện gồm lưới diện, biến đổi BĐ, mạch điện - từ động Đ thiết bị điều khiển ĐK Phần gồm roto trục động cơ, khâu truyền lực TL cấu công tác CT Việc nghiên cứu hệ thống bắt đầu từ phần Phân loại hệ truyền động điện Người ta phân loại truyền động điện theo nhiều cách tuỳ theo đặc điểm động điện, mức độ tự động hoá, đặc điểm chủng loại thiết bị biến đổi, công suất hệ thổng Từ cách phân loại hình thành tên gọi hệ a Theo đặc điểm động điện ta có truyền động điện chiều (dùng động điện chiều), truyền động điện không đồng (dùng động điện không đồng bộ), truyền động điện đồng bô (dùng động điện đồng bộ), truyền động bước (dùng động bước) Truyền động điện chiểu sử dụng cho máy sản xuất có u cầu điều chỉnh tớc độ momen Nó có chất lượng điều chỉnh tớt, nhiên động điện chiều có cấu tạo phức tạp giá thành cao, địi hịi phải có nguồn chiều, trường hợp khơng có u cầu cao điều chỉnh, người ta thường sử dụng truyền động không đồng Trong năm gần đây, truyền đồng không đồng bô phát triển mạnh mẽ, đặc biệt hệ có điều khiển tần số Những hệ đã đạt chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ truyền dơng mơt chiều Tuy chúng địi hỏi biến đổi (biến tần) phức tạp bù lại chúng trang bị động không đồng rẻ đơn giản so với động điện chiều b Theo tính điều chỉnh ta có truyền động khơng điều chỉnh (khi động điện chỉ làm việc ở cấp tốc độ) truyền động điều chỉnh Các hệ truyền động không điều chỉnh thường phải kết hợp vối hộp tốc độ để thực hiên điều chỉnh khí, kết cấu phần phức tạp, chất lượng điều chỉnh thấp, giá thành máy sản xuất cao Các hộ truyền động điều chỉnh cho phép điều chỉnh tốc độ momen máy sản xuất bàng cách điều chỉnh từ động điện (phương pháp điều khiển điện), kết cấu máy đơn giản, chất lượng điều chỉnh cao thuận tiện thao tác Một số trường hợp, dải điểu chỉnh tốc độ động đủ rộng, người ta khơng dùng hộp biến tớc, hệ truyền động gọi “truyền động khơng có hộp biến tớc” c Theo mức độ tự động hóa ta có hệ truyền động điện khơng tự động hệ truyền động tự động Các hệ không tự động thường đơn giản sử dụng cho ở đâu Lúc phần điện hệ chỉ có động điện khơng đồng vài khí cụ đóng cắt - bảo vệ áptômát, khởi động từ Các hệ truyền động tự động hệ truyền động điều chỉnh vịng kín có vài mạch phản hồi Chất lượng điều chỉnh hệ cao, đáp ứng yêu cẩu trình cơng nghệ máy sản xuất d Phân Loại Khác truyền động đảo chiều không đảo chiều, truyền động đơn (nếu dùng động cơ) truyền động nhiều động (nếu dùng nhiều động để phối hợp truyền động cho cấu công tác), truyền động van (nếu dùng thiết bị biến đổi van bán dẫn) Tên gọi hệ truyền động hình thành từ nhiều cách phân loại, ví dụ hệ truyền động tiristo chiều có đảo chiều, hệ truyền động điện không đồng điều chỉnh momen dùng nghịch lưu dòng điện Thực hành quan sát nhận diện hệ truyền động thiết bị - Các bước thực hiện: + Bước 1: Quan sát thiết bị xưỡng + Bước 2: Phân tích cấu tạo nguyên lý hệ truyền động thiết bị + Bước 3: Phân loại hệ truyền động thiết bị có xưởng - Sinh viên thực hiện: Thực trình tự theo bước cơng việc nêu điền kết vào bảng sau: BƯỚC BƯỚC BƯỚC Sinh viên đánh dấu “X” vào bước thực Cơng việc đánh là “Đạt” tất bước ở công việc đánh dấu * Những nội dung cần ý bài: + Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ truyền động điện + Cấu trúc cách phân loại hệ truyền động điện sản xuất - Sinh viên thực thảo ḷn nhóm, kết hợp kỹ tìm kiếm tài liệu tham khảo từ giáo trình internet để viết báo cáo, thuyết trình mở rộng nội dung đã học theo hướng dẫn giáo viên * Yêu cầu đánh giá kết học tập - Nội dung: + Về kiến thức: Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ truyền động sản xuất + Về kỹ năng: Nhận diện xác hệ truyền động + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, an tồn, xác, ngăn nắp công việc - Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp + Về kỹ năng: Nhận diện hệ truyền động điện + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Quan sát sinh viên trình học tập để đánh giá Bài 2: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ CHIỀU Mã bài: MĐ26-02 Giới thiệu: Mỗi động có đặc tính tự nhiên xác định bởi sớ liệu định mức Mặt khác có vơ sớ đặc tính nhân tạo có biến đổi vài thông số nguồn, mạch điện động cơ, thay đổi cách nối dây mạch, dùng thêm thiết bị biến đổi Do thơng sớ có ảnh hưởng đến hình dáng vị trí đặc tính cơ, coi thông số điều khiển động tương ứng phương pháp tạo đặc tính nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh Ḿn vậy, ta phải ta phải nắm vững phương trình đặc tính đặc tính loại động điện, từ hiểu phương pháp tạo đặc tính nhân tạo phù hợp với máy sản xuất đã cho điều khiển động cho có trạng thái làm việc theo yêu cầu công nghệ Mục tiêu bài: Kiến thức: - Xây dựng đặc tính động điện chiều (DC), - Phân tích trạng thái làm việc động điện chiều - Trình bày cách điều chỉnh tốc độ động Kỹ năng: - Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ động hợp lý thực tế Năng lực tự chủ trách nhiệm: - Chủ động, nghiêm túc học tập công việc Nội dung bài: Đặc tính đợng điện mợt chiều kích từ đợc lập 1.1 Xây dựng đặc tính tự nhiên ĐC – DC KTĐL - Rư: điện trở dây quấn phần ứng - Eư: sức phản điện động - RP: biến trở điều chỉnh - RFK: biến trở điều chỉnh mạch kích từ - Iư: dịng điện qua phần ứng động - IKT: dòng điện qua mạch kích từ _ + Eư I CK Đ + RP RFK IKT UKT _ Hình 2.1 Sơ đờ nguyên lý đc – dc ktđl Giã sử RP = ta có phương trình cân điện áp: U = Eư + Iư Rư Trong đó: Eư = KE  n (2.2) KE = pN 60a (2.1) Với: hệ sớ sức điện động Trong : từ thơng cực từ tạo (Wb) n : tốc độ quay (Rpm) Thay (2.1) vào (2.2) ta có: U = KE  n + Iư Rư Hay là: I R U (2.3) − U U n= KE KE Nếu thông số máy định mức (2.3) trở thành: n= U dm I R − Udm U K E  dm K E  dm (2.4) (2.4) gọi phương trình đặc tính - điện ĐC – DC KTĐL Mặt khác ta có: MĐ = KM  Iư moment điện từ ĐC Hay Iư = MD KM  (2.5) Với KM = p N 2 a (p: số đôi cực từ ĐC; N: số dẫn tác dụng; a: số đôi mạch nhánh song song) Ta suy KM = 9,55 KE (2.6) Thay (2.5); (2.6) vào (2.4) ta được: n= U dm Ru − M K E dm 9,55.(K E dm )2 D (2.7) (2.7) gọi phương trình đặc tính ĐC DC KTĐL Từ (2.4) (2.7) ta đặt: U dm : Là tốc độ không tải lý tưởng ĐC K E  dm RU M dt I R n = Udm U = : Là độ sụt tốc độ tải định mức K E  dm 9,55( K E  dm ) n0 = Vậy (2.4) (2.7) trở thành nđm = n0 - n Đặc tính tự nhiên máy có dạng hình 2.2 Người ta đã chứng minh độ cứng đặc tính ở trạng thái định mức đm có dạng đm = − K E K M  dm RU (2.8) Trên hình 2.2 điểm Inm Mnm dịng điện ngắn mạch moment ngắn mạch động cơ, chúng tính: Inm = n n0 nđm U dm RU Mnm = KM  Inm (2.10) n n0 nđm (2.9) n MĐ Mnm MCđm Hình 2.2.a Đặc tính tự nhiên ĐC – DC KTĐL IƯ Inm IƯđm Hình 2.2.b Đặc tính – điện tự nhiên ĐC – DC KTĐL n ❖ Hãm động tự kích: Khi động quay, ta cắt phần ứng lẫn cuộn kich từ khỏi lưới điện để đóng vào điện trở hãm dịng kích từ giữ chiều cũ Sơ đồ nguyên lý đặc tính hình 2.26 n + b - nhđ a RFK Đ CK Mc M c RH a Sơ đờ ngun lý b Đặc tính Hình 2.25 Hãm động kích từ độc lập ĐC – DC KTNT n E Đ b CK nhđ a IK T IH RH Mc a Sơ đồ nguyên lý Hình 2.26 Hãm động tự kích ĐC - DCKTNT c b Đặc tính Bài tập thực hành Câu 1: Động DC kích từ nới tiếp có khả A Hãm ngược B Hãm tái sinh C Hãm động D Hãm ngược hãm động Câu 2: Hãm động động DC kích từ nới tiếp A Cắt động khỏi lưới điện B Cắt phần ứng khỏi lưới điện C Cắt phần cảm khỏi lưới điện D Cắt phần ứng khỏi lưới điện nới kín qua Rf Câu 3: Trạng thái hãn ngược động điện kích từ nới tiếp A Pđ  0, Pcơ 0, P =  Pcơ - Pđiện  B Pđ = 0, Pcơ 0, P =  Pcơ  C Pđ  0, Pcơ 0, P =  Pcơ - Pđiện  D Pđ = 0, Pcơ= 0, P = Pđ - Pcơ Câu 4: Dòng điện hãm ban đầu trạng thái hãm động kích từ nối tiếp A Ih = Ehđ/ (Rư +Rh) B Ih = - Ehđ/ (Rư +Rh) 25 M C Ih = Ehđ/ (Rư - Rh) D Ih = - Ehđ/ (Rư - Rh) Câu 5: Cho ĐC - DCKTĐL có Pđm = 16kW; Uđm = 440V; Iđm = 44A; nđm = 630Rpm; a Tính điện trở dây quấn phần ứng b Vẽ đặc tính tự nhiên c Tính điện trở mở máy cho Imm = 2Iđm d Vẽ họ đặc tính nhân tạo trường hợp mạch phần ứng có mắc thêm Rp1 = 2 Rp2 = 4 Các bước thực tính tốn: - Bước 1: Tính tốn tham sớ để vẽ đặc tính tự nhiên - Bước 2: Vẽ đặc tính tự nhiên - Bước 3: Tính tốn thơng sớ để vẽ đặc tính có nhân tạo - Bước 4: Vẽ đặc tính nhân tạo từ thơng sớ tính tốn Sinh viên thực Thực trình tự theo bước công việc nêu điền kết vào bảng sau: BƯỚC BƯỚC BƯỚC BƯỚC BƯỚC Thực Sinh viên đánh dấu “X” vào bước thực Công việc đánh là “Đạt” tất bước ở công việc đánh dấu Bài tập nâng cao: Câu 6: Xác định tốc độ quay ĐC - DCKTĐL có sớ liệu Pđm =12kW; Uđm = 220; Iđm = 61A; nđm = 760Rpm; Rư = 0,26; Mc = 0,6Mđm Câu 7: ĐC - DCKTĐL có Pđm = 2,2kW; Uđm = 100V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430Rpm a Vẽ đặc tính tự nhiên b Vẽ họ đặc tính nhân tạo giảm từ thông ứng với no1 = 1,1no no2 = 1,2no Biết rằng: U = Uđm mạch phần ứng khơng có thay đổi Câu 8: ĐC - DCKTĐL có Pđm = 65kW; Uđm = 440V; Iđm = 168A; nđm = 1480Rpm Tính tớc độ quay ĐC điện áp nguồn đột ngột giảm 420V tải đặc vào trục ĐC định mức? Muốn tốc độ trường hợp định mức tải máy phải bao nhiêu? Câu 9: Một động điện chiều kích từ độc lập, làm việc đặc tính tự nhiên với Mc = 30 Nm Động có thơng số sau Uđm = 220V, Iđm = 30A, nđm = 1000v/phút, Pđm = 4KW Xác định trị số điện trở phụ cần thêm vào để động đổi chiều quay sang tớc độ n = 800v/phút vẽ đặc tính tốc độ n = -800v/phút Câu 10: Một động chiều kích từ độc lập có Pđm = 4KW, Uđm = 220V, Iđm = 20A, n = 1000V/phút Động khởi động với Mc = 0,8 Mđm Dịng điện lớn q trình khởi động I1 = 50A Hãy xác định số cấp khởi động xác định giá trị R cần cắt chuyển đặc tính * Những nợi dung cần ý bài: - Cơng thức tính tốn liên quan đến xây dựng đặc tính tự nhiên, nhân tạo Các tham sớ ảnh hưởng đến đặc tính tự nhiên * Yêu cầu đánh giá kết học tập - Nội dung: + Về kiến thức: Trình bày bước vẽ đặc tính tự nhiên, đặc tính nhân tạo + Về kỹ năng: Vẽ đặc tính tự nhiên đặc tính nhân tạo + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, an tồn, xác - Phương pháp: 26 + Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ qua kết tính tốn, vẽ đặc tính u cầu + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Quan sát sinh viên trình học tập để đánh giá - Sinh viên thực thảo ḷn nhóm, kết hợp kỹ tìm kiếm tài liệu tham khảo từ giáo trình internet để viết báo cáo, thuyết trình mở rộng nội dung đã học theo hướng dẫn giáo viên 27 Bài 3: HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA Mã bài: MĐ26-03 Giới thiệu: Trong học cung cấp cho sinh viên cách tính tốn, xây dựng đặc tính cơđiện tham sớ đổi đặc tính thay đổi, từ tìm giải pháp tới ưu đặc tính khởi động hãm động không đồng bồ pha Mục tiêu bài: Kiến thức: - Xây dựng đặc tính động khơng đồng pha - Phân tích trạng thái làm việc động không đồng pha - Trình bày cách điều chỉnh tốc độ động Kỹ năng: - Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ động hợp lý thực tế Năng lực tự chủ trach nhiệm: - Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp Nợi dung bài: Đặc tính động điện không đồng bộ pha Động không đồng sử dụng nhiều thực tế Ưu điểm bậc ĐKB là: - Cấu tạo đơn giản, đặc biệt ĐKB rotor lồng sóc - Giá thành hạ nhiều so với ĐC – DC công suất - Vận hành tin cậy, chắn - Sử dụng trực tiếp nguồn pha (hoặc pha) nên không cần thiết bị đổi điện khác Nhược điểm ĐKB là: - Khó điều chỉnh tớc độ - Khớng chế q trình q độ khó khăn - Các chỉ tiêu khởi động khơng tớt 1.1 Phương trình đặc tính X1 ,R1: Điện kháng điện trở cuộn dây stato Xo, Ro: Điện kháng điện trở mạch từ X2/ , R2/: Điện kháng điện trở mạch roto đã qui đổi stato I1 I2/ X1 R1 X2 / I0 X0 U1P R2/ / s R0 Hình 2.1 Sơ đờ thay pha đkb pha ❖ Các định nghĩa : - Tốc độ từ trường quay n0 = - Hệ số trượt s = 60 f p n0 − n n0 28 (3.1) Với : f : tần số lưới điện p: số đôi cực từ no: Tốc độ từ trường quay n: tốc độ quay roto s: hệ số trượt Dựa vào sơ đồ thay ta có : U 1P I2/ = ( X + X 2/ ) + ( R1 + (3.2) R2/ ) s Bỏ qua tổn hao máy tổn hao cơng suất tính : P = 3I2/ R2/ = Hay là: M n0 M n M M n0 ( n0 − n ) − = ( n0 – n ) = 9,55 9,55 9,55 9,55 n0 M n0 s = 3.I2/2R2/ 9,55 I 2/ ; Suy M = R2/ s n0 9,55 (3.1) Đặt X1 + X2/ =Xn ; Thay (2.52) vào (2.52); phương trình đặc tính có dạng: M= (3.4) Đặc tính tự nhiên biểu diễn hình 2.28 s n0 s = nđm Với: Mth = moment tới hạn n A sth (3.5) C B sth = s=1 hệ sớ trượt tới hạn Mth MCđm Hình 2.2 Đặc tính tự nhiên ĐKB pha M ❖ Điểm ổn định đoạn đặc tính làm việc hệ thống - Xét điểm A: Giã sử tốc độ quay tăng lên làm cho moment giảm xuống, nên dịng điện roto giảm theo tớc độ giảm xuống trở lại Điểm A điểm làm việc ổn định - Xét tương tự điểm B: Nếu tớc độ tăng lên, moment tăng theo nên dịng điện roto tăng lên tốc độ tiếp tục tăng lên Điểm B điểm không ổn định ❖ Kết luận: Đoạn đặc tính làm việc động đoạn từ no – A – C 29 Bài tập thực hành: Câu 1: Độ trượt ĐKB có dạng A s = (n - n0)/n B s = (n0 - n)/n0 C s = (n0 + n)/n0 D s = (n0 - n)/n Câu 2: Khi tăng tải trục động KĐB pha làm động A Quay nhanh B n0 giảm C Quay chậm D Không đổi Câu 3: Động điện xoay chiều không đồng Roto dây quấn truyền động cho máy sản xuất với thông số ghi Cataloge: Pđm U1đm Nđm I1đm I2đm J n0  cosđm E2nm (kW) (V) (vg/ph) (A) (V) (A) (kgm ) (vg/ph) 1.4 380 855 2.3 5.3 0.65 112 4.3 0.021 870 a) Tính hiệu suất định mức điện trở Roto động b) Xây dựng đặc tính tự nhiên 1.2 Ảnh hưởng tham số đến đặc tính Từ phương trình đặc tính cơ, ta thấy thơng sớ ảnh hưởng đến đặc tính gồm: - Ảnh hưởng suy giảm điện áp lưới cấp cho động - Ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stator (nối thêm điện trở, điện kháng vào mạch stator) - Ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch rotor (nối thêm điện trở, điện kháng vào mạch rotor) - Ảnh hưởng tần số lưới cấp cho động số đôi cực động Sau xét ảnh hưởng a Ảnh hưởng suy giảm điện áp nguồn Theo biểu thức (3.4) U1P giảm Mth giảm cịn sth = const n0 = const Đặc tính có dạng hình 3.3b b Ảnh hưởng điện trở, điện kháng phụ mạch stator Từ biểu thức (3.4), nối thêm điện trở điện kháng phụ vào mạch stator Mth sth giảm cịn n0 = const Đặc tính có dạng hình 3.3b Nhìn vào đặc tính ta thấy, cần tạo đặc tính có moment khởi động Mnm đặc tính với điện kháng phụ mạch cứng trường hợp dùng điện trở phụ Điều hoàn toàn thỏa biểu thức (3.4) n n0 n n0 X1P R1 sthN sthT R1 X1 st Uđm > U1 > U U U2 P MnmN MnmT M M Mth Mth Mt Hình 2.29 Đặc tính giảm điện áp ng̀n a Sơ đờ ngun lý b Đặc tính Hình 3.3 Ảnh hưởng điện trở, điện kháng phụ mạch stator 30 Trạng thái thường ứng dụng để hạn chế dòng điện khởi động động Giả sử cần hạn chế dòng điện khởi động từ Inm đặc tính tự nhiên đến dịng điện / I nm cách nối thêm R1P X1P vào mạch stator Khi đó: I/nm =  Inm ( < 1) ; suy Z/nm = Z nm  ; Từ ta tính tốn được: R1P = Z / nm − X nm − Rnm X1P = Z / nm − R nm − X nm ; Trong đó: Rnm = R1 + R/2 c Ảnh hưởng điện trở mạch roto n 3 TN (R2/ ) RP1 sthđm RP2 sth1 sth2 RP MnmT MnmN Mth M b Đặc tính a Sơ đờ ngun lý Hình 3.4 Ảnh hưởng điện trở mạch roto Khi thay đổi điện trở phụ mạch roto thì: Mth = const sth tăng lên Trong phạm vi giới hạn đó, RP lớn Mnm tăng Vì nên phương pháp thường áp dụng để mở máy điều chỉnh tớc độ ĐKB roto dây quấn Họ đặc tính hình 3.4 d Ảnh hưởng tớc độ từ trường quay Khi n0 thay đổi làm cho hệ sớ trượt s thay đổi từ đặc tính động thay đổi Ta đã biết tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào số đôi cực từ tần số lưới điện Do vậy, muốn thay đổi n0 thực chất thay đổi tham số nói d.1 Ảnh hưởng sớ đơi cực từ: Khi thay đổi sớ đơi cực p n0 thay đổi, cịn sth khơng phụ thuộc p nên khơng đổi Nghĩa độ cứng đặc tính khơng đổi Mặt khác ḿn thay đổi p phải đấu lại dây quấn stator, làm cho sớ thơng sớ U, X1, R1 thay đổi Do tùy từng trường hợp cụ thể ảnh hưởng khác đến Mth động n d.2 Ảnh hưởng tần số nguồn: Khi thay đổi tần sớ sth khơng đổi Cịn Mth phụ thuộc vào giá trị thay đổi tần số n03 f1 > n02 Cụ thể là: f1 m - Trong vùng f1 < f1đm : U1 = conts I1 n0đ n01 tăng cao (do tổng trở động giảm theo tần số), f1 < điều khơng cho phép Do đó, giảm tần sớ f1 m phải kết hợp điều chỉnh lại điện áp nguồn cho M Mth moment động sinh chế độ định mức 31 Hình 3.5 Thay đổi tần số đkb pha - Trong vùng f1 > f1đm : U1 = conts Mth tỉ lệ nghịch với f12 Có nghĩa đã làm giảm khả mang tải động nên thực tế dùng Trên hình 3.5 đặc tính thay đổi tần sớ; phạm vi f1 < f1đm điện áp nguồn đã điều chỉnh để giữ cho Mth khơng đổi; cịn phạm vi f1 > f1đm Mth tỉ lệ nghịch với bình phương tần sớ Hình 2.6 biểu diễn sơ đồ nguyên lý dạng đặc tính thay đổi số đôi cực từ ĐKB n 2p = (cưc ảo) 2p = (cưc thật) a Sơ đồ nguyên lý n n02 n02 n01 n01 Mth b n = Var ; M = conts M M c n = Var ; P = conts Hình 2.6 Thay đổi số đơi cực đkb pha Bài tập thực hành: Câu 1: Khi nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch Rotor A R2f nhỏ, Sth lớn,  nhỏ B R2f lớn, Sth lớn,  nhỏ C R2f nhỏ, Sth nhỏ,  không đổi D Mth = const, Sth= const, = const Câu 2: Khi nối thêm điện trở điện kháng vào mạch Statorr A n0 = const, Sth giảm, Mth giảm B n0  0, Sth  0, Mth  C n0 = 0, Sth = 1, Mth  D n0 0, Sth  0, Mth  Câu 3: Khi tăng tần sớ ĐC KĐB (ĐKB) A Mth giảm bình phương lần B Mth Tăng bình phương lần C Mth giảm, với Uđm = const D Mth tăng Câu 4: Động điện xoay chiều không đồng Roto dây quấn truyền động cho máy sản xuất với thông số ghi Cataloge: Pđm U1đm Nđm I1đm I2đm J n0  cosđm E2nm (kW) (V) (vg/ph) (A) (V) (A) (kgm ) (vg/ph) 1.4 380 855 2.3 5.3 0.65 112 4.3 0.021 870 a) Tính hiệu suất định mức điện trở Roto động b) Xây dựng đặc tính tự nhiên đặc tính nhân tạo ứng với điện trở phụ pha Rf = 0.175 Khi thêm điện trở phụ vào mạch Roto thơng sớ phương trình đặc tính thay đổi từ rút nhận xét 32 Khởi động hãm động 2.1 Khởi động xác định điện trở khởi động Các yêu cầu khởi động phương pháp khởi động ĐKB nói chung gần giớng động DC – KTĐL đã xét Đối với ĐKB rotor dây quấn để hạn chế dòng khởi động tăng moment khởi động, người ta đưa điện trở phụ vào mạch rotor sau loại dần chúng theo từng cấp Sơ đồ nguyên lý cách xây dựng họ đặc tính hình 3.7 Để xác định trị số cấp điện trở khởi động, người ta sử dụng đặc tính đã tuyến tính hóa đoạn khởi động Trình tự sau: Dựa vào thơng sớ động vẽ đặc tính tự nhiên Chọn giá trị: M1  0,85 Mth; M2 = ( 1,1 – 1,3) Mđm Từ M1, M2 dóng đường song song, cắt đặc tính tự nhiện điểm b a Đường thẳng ab cắt đường song song trục hoành (tại điểm n0) ở N Điểm N điểm đồng qui họ đặc tính đã tuyến tính hóa Từ N xây dựng họ đặc tính qua cấp RP tương tụ ĐC – DC KTĐL n N n0 a c e 1K 2K 3K g RP K b d f RP RP a Sơ đồ nguyên lý h b Đồ thị khởi động qua cấp điện trở phụ đkb pha Hình 3.7 Xác định điện trở khởi động ĐKB pha 2.2 Đặc tính trạng thái hãm a Hãm tái sinh Hãm tái sinh xảy tốc độ n rotor lớn tốc độ đồng n Ở trạng thái động làm việc máy phát điện mắc song song để trả công suất tác dụng lưới, cịn cơng suất phản kháng trì để tạo từ trường quay Trong hình 2.8 đoạn bn02 b/n03 đặc tính hãm tái sinh thực điều chỉnh tốc độ phương pháp thay đổi tần số thay đổi số đôi cực Cịn hình 2.9 trường hợp hãm tái sinh hạ tải trọng với tải có tính thứ tự pha hoán vị (đoạn n01b hãm tái sinh) b Hãm ngược Tương tự động DC – KTĐL, trạng thái hãm ngược ở ĐKB pha có trường hợp: - Khi động làm việc đóng điện trở phụ có giá trị lớn vào mạch rotor (đối với ĐKB rotor dây quấn), với tải động làm việc điểm ổn định (điểm d hình 3.9a, đoạn cd đặc tính hãm ngược) - Đới với ĐKB rotor lồng sóc, động làm việc tiến hành hốn vị thứ tự pha Đặc tính hãm ngược đoạn bc hình 3.9b 33 Chú ý: Khi thực hãm ngược, dòng điện rotor ban đầu có giá trị lớn moment bị giới hạn Để hạn chế dòng điện tăng cường moment, người ta thường đưa điện trở phụ lớn vào mạch rotor - n n0 n b b/ a n01 n0 n03 MC M M MC a Hãm tái sinh thay đổi f thay đổi p n0 109 b b Hãm tái sinh hạ tải có hốn vị thứ thự pha Hình 3.8 Hãm tái sinh ĐKB pha n n b a a b ĐKB c MC c M MC RP M b Hãm ngược ĐKB roto lờng sóc d Hình 3.9 Hãm ngược ĐKB pha c Hãm động Khi ĐKB pha làm việc, cắt nguồn xoay chiều đóng nguồn chiều vào pha dây quấn stator động làm việc ở trạng thái hãm động Sơ đồ nguyên lý đặc tính hình 3.10 Khi đóng nguồn chiều vào dây quấn stator tạo từ trường đứng yên so với stator Do qn tính nên rotor cịn quay theo chiều cũ cắt từ trường đứng yên tạo nên lực từ làm xuất moment hãm Moment ngược với chiều quay động nên làm động giảm tốc nhanh dừng hẳn ở tốc độ (đoạn b – hình 3.10) Sau động đã dừng, nguồn chiều cịn trì có tác dụng đốt nóng dây Do đó, thực phương pháp phải có thiết bị tự động cắt nguồn DC sau trình hãm kết thúc (thường dùng rơle hời gian) Thời gian cấp nguồn DC phải điều chỉnh thực nghiệm tính tốn từ q trình độ động 34 n n0 a b + _ M MC Hình 3.10 Hãm động ĐKB pha Điều chỉnh tốc độ động xoay chiều ba pha không đồng bộ Động điện xoay chiều dùng phổ biến dải cơng suất rộng có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, nguồn điện sẵn (lưới điện xoay chiều) Tuy nhiên, hệ cần điều chỉnh tớc độ, đặc biệt với dải điều chỉnh rộng động xoay chiều sử dụng động chiều cịn gặp nhiều khó khăn Gần đây, nhờ phát triển kỹ thuật điện tử, bán dẫn, việc điều chỉnh tốc độ động xoay chiều khơng đồng đã có nhiều khả tớt 3.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch roto Phương pháp chỉ sử dụng với động rotor dây quấn ứng dụng rộng rãi tính đơn giản phương pháp Sơ đồ nguyên lý đặc tính thay đổi điện trở phần ứng hình 2.11  n n TN NT1 NT2 Rp Mth R2 ’ Mc Hình 3.11 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB pha cách thay đổi điện trở phụ mạch roto M Rp2 Nhận xét: - Phương pháp chỉ cho phép điều chỉnh tớc độ phía giảm - Tớc độ giảm, đặc tính mềm, tớc độ động ổn định trước lên xuống momen tải - Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số momen tải Momen tải nhỏ, dải điều chỉnh hẹp - Khi điều chỉnh sâu (tớc độ nhỏ) độ trượt động tăng tổn hao lượng điều chỉnh lớn - Phương pháp điều chỉnh trơn nhờ biến trở dòng phần ứng lớn nên thường điều chỉnh theo cấp 35 3.2 Điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ cách thay đổi thông số điện áp đặt vào stator Thực phương pháp với điều kiện giữ không đổi tần số Điện áp cấp cho động lấy từ biến đổi điện áp xoay chiều (BĐĐA) Bộ biến đổi điện áp máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp bán dẫn Hình 2.12 trình bày sơ đồ nới dây đặc tính thay đổi điện áp phần cảm  n BBĐA n0 U2 < U1 < Uđm U U1 Uđ (Rp = 0) m Rp U2 U1 Uđ (Rp  0) m Hình 3.12 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB pha cách thay đổi điện áp đặt vào stator Nhận xét: - Thay đổi điện áp chỉ thực phía giảm giá trị định mức nên kéo theo momen tới hạn giảm nhanh theo bình phương điện áp - Đặc tính tự nhiên động khơng đồng thường có độ trượt tới hạn nhỏ nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách giảm điện áp thường thực với việc tăng điện trở phụ ở mạch rotor để tăng độ trượt tới hạn tăng dải điều chỉnh lớn - Khi điện áp đặt vào động giảm, momen tới hạn đặc tính giảm, tốc độ không tải lý tưởng (hay tốc độ đồng bộ) giữ nguyên nên giảm tớc độ độ cứng đặc tính giảm, độ ổn định tốc độ 3.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số nguồn xoay chiều Thay đổi tần số nguồn cấp cho động thay đổi tốc độ không tải lý tưởng nên thay đổi đặc tính Tần sớ cao, tốc độ động lớn Khi điều chỉnh tần sớ nguồn cấp cho động thơng sớ liên quan đến tần số cảm kháng thay đổi, đó, dịng điện, từ thơng, động bị thay đổi theo cuối đại lượng độ trượt tới hạn, momen tới hạn bị thay đổi Chính vậy, điều chỉnh tớc độ động không đồng phương pháp thay đổi tần sớ thường kéo theo điều chỉnh điện áp, dịng điện từ thơng mạch stator Đặc tính thay đổi tần số nguồn biểu diễn ở phần trước Khi giảm tần số xuống tần số định mức, cảm kháng động giảm dịng điện động tăng lên Tần sớ giảm, dịng điện lớn, momen tới hạn lớn Để tránh cho động bị dòng, phải đồng thời tiến hành giảm điện áp cho Đó luật điều chỉnh tần số - điện áp 36 U  const f Bài tập thực hành Câu 1: Hãm ngược động không đồng cách đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng A Mơmen động chiếu với tốc độ B Mômen động ngược chiếu với tốc độ C Mômen động với tốc độ D Mômen tốc độ không Câu 2: Trạng thái hãm tái sinh xảy đối với động KĐB A Mômen tải trọng gây  mômen ma sát B Mômen tải trọng gây  mômen ma sát C Mômen tải trọng gây = mômen ma sát D mômen ma sát  Câu 3: Hãm ngược động không đồng cách đưa Rf đủ lớn vào mạch phần ứng Khi phụ tải mang tính chất A Mômen động lớn mômen tải B Mômen động nhỏ mômen tải C Mômen động mômen tải D Mômen động không đổi Câu 4: Đối với động không đồng bộ, giảm đột ngột điện áp nguồn U lúc động quay A Hãm tái sinh B Hãm ngược C Hãm động D Hãm ma sát Câu 5: Trạng thái hãm tái sinh động khơng đồng có đặc điểm A   0 B   0 C  = 0 D 0 = const Câu 6: Khi hãm tái sinh đối với động KĐB A Động khơng tiêu thụ lượng B Có tiêu thụ lượng không đáng kể C Tiêu thụ nhiều lượng D Động biến thành máy phát điện Câu 7: Hãm động động KĐB A Cắt động khỏi lưới điện B Cắt mạch Statorr khỏi lưới điện C Cắt mạch Statorr khỏi lưới điện D Cắt mạch Stator khỏi lưới điện nới kín qua Rf Câu 8: Một động điện khơng đồng ba pha có tham sớ sau: Pđm = 60KW, nđm = 720V/phút, fđm = 50Hz,  = 2,2, 2p = Hãy xác định tốc độ động Moment phụ tải đặc lên trục động Mc = 0,8 Mđm.Khi động mở máy trực tiếp Moment khởi động động bao nhiêu? Câu 9: Một động xoay chiều khơng đồng ba pha có tham sớ sau: Pđm = 7,5KW, nđm = 945V/phút, fđm= 50Hz,  = 2,5, 2p = 6, Iđm= 20A, Uđm= 380V Hãy xác định Moment mở máy động mở máy trực tiếp Tốc độ động động làm việc đặc tính tự nhiên với Mc = 0,85Mđm 37 Câu 10: Một động điện không đồng ba pha Roto dây quấn, làm việc đường đặc tính tự nhiên với Mc = 23,7Nm Các số liệu động sau: Pđm=2,2KW, nđm = 885V/phút,  = 2,3, 2p = 6, Iđm= 12,8A, Uđm = 220V, E2 = 135V a Xác định tốc độ động thêm vào roto điện trở 1,5 b Tính Rp cần thiết thêm vào động làm việc với tốc độ n = - 300V/phút Các bước thực tính tốn: - Bước 1: Tính tốn tham sớ để vẽ đặc tính tự nhiên - Bước 2: Vẽ đặc tính tự nhiên - Bước 3: Tính tốn thơng sớ để vẽ đặc tính có nhân tạo - Bước 4: Vẽ đặc tính nhân tạo từ thơng sớ tính tốn Sinh viên thực Thực trình tự theo bước công việc nêu điền kết vào bảng sau: BƯỚC BƯỚC BƯỚC BƯỚC Thực Sinh viên đánh dấu “X” vào bước thực Cơng việc đánh là “Đạt” tất bước ở công việc đánh dấu * Những nội dung cần ý bài: - Cơng thức tính tốn liên quan đến xây dựng đặc tính tự nhiên, nhân tạo - Các tham số ảnh hưởng đến đặc tính tự nhiên * Yêu cầu đánh giá kết học tập - Nội dung: + Về kiến thức: Trình bày bước vẽ đặc tính tự nhiên, đặc tính nhân tạo + Về kỹ năng: Vẽ đặc tính tự nhiên đặc tính nhân tạo + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, an tồn, xác - Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ qua kết tính tốn, vẽ đặc tính u cầu + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Quan sát sinh viên trình học tập để đánh giá - Sinh viên thực thảo luận nhóm, kết hợp kỹ tìm kiếm tài liệu tham khảo từ giáo trình internet để viết báo cáo, thuyết trình mở rộng nội dung đã học theo hướng dẫn giáo viên 38 Điều kiện để hồn thành mơ đun, để dự thi kết thúc mô đun: + Người học tham dự 70% thời gian học lý thuyết đầy đủ học tích hợp, học thực hành, thực tập + Điểm trung bình chung điểm kiểm tra đạt từ 5,0 điểm trở lên theo thang điểm 10; Điều kiện để công nhận, cấp chứng nhận đạt mô đun đào tạo: Người học công nhận cấp chứng nhận đạt mô đun có điểm trung bình mơ đun theo thang điểm 10 đạt từ 4,0 trở lên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Cơ sở truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2007 [2] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2006 [3] Nguyễn Tiến Ban, Thân Ngọc Hoàn, Điều khiển tự động hệ thống truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2007 [4] Cơ sở truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật – Bùi Đình Tiếu [5] Điều khiển truyền động điện, Nguyễn Đức Dương,Võ Thu Hà, Trần Ngọc Sơn Trường Đại học kinh tế kỹ thuật công nghệ Hà Nội - năm 2019 (tài liệu lưu hành nội bộ) [6] Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, GS.TS Nguyễn Phùng Quang, NXB Bách Khoa Hà Nội 2016 39