Bài giảng cơ sở truyền động điện chương 3 2021

ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện CHƯƠNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 3.1.1 Các định nghĩa: Hệ thống truyền động điện không làm nhiệm vụ biến đổi điện thành năng, mà điều khiển q trình làm việc cấu cơng tác theo yêu cầu công nghệ máy sản xuất u cầu cơng nghệ đảm bảo hệ có khả đặt trước thơng số gia cơng cho tứng cơng đoạn, trì thơng số với độ xác (như tốc độ, mơmen, gia tốc, ví trí cấu cơng tác v.v…), cưỡng thay đổi giá trị theo ý muốn, hạn chế giá trị chúng theo mức cho phép q trình cơng nghệ theo khả độ bền, độ tải máy Các thơng số gia cơng nói có liên quan đến mômen M tốc độ  động điện, có mối quan hệ định nghĩa: a) Các thơng số đầu hay cịn gọi thơng số điều chỉnh: Đó mơmen M, tốc độ  động cơ, … Do M  trục mặt phẳng tọa độ đặc tính [M, ], nên việc điều chỉnh chúng thường gọi “điều chỉnh tọa độ” b) Các thông số đầu vào hay cịn gọi thơng số điều chỉnh: + Đối với động điện chiều, thông số đầu vào điện trở phần ứng Rư (hoạc Rưf), từ thông  (hoặc điện áp kích từ Ukt; dịng điện kích từ Ikt) điện áp phần ứng Uư + Đối với động điện không đồng bộ, thông số đầu vào điện trở mạch rôto R2 (hoạc R2f), điện trở mạch stato R1, điện kháng stato x1, điện áp stato u1 tần số dòng điện stato f1 + Đối với động đồng bộ, thông số đầu vào tần số dòng điện stato f1 c) Các phần tử điều khiển: Là thiết bị dụng cụ làm thay đổi thông số đầu vào Chú ý, người ta thường gọi việc điều chỉnh thông số đầu “điều khiển động điện” 3.1.2 Mục đích điều chỉnh thơng số đầu động cơ: Tùy theo yêu cầu công nghệ máy sản xuất, việc điều chỉnh M,  nhằm thực mục đích sau: + Đặt giá trị làm việc trì mức đạt đó, ví dụ trì tốc độ làm việc phụ tải thay đổi ngẫu nhiên Trang 83 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện + Thay đổi thông số theo quy luật yêu cầu, ví dụ thời gian khởi động tăng tốc động thang máy từ lên đến tốc độ ổn định, mômen lúc đầu phải tăng tuyến tuyến tính theo thời gian, sau giữ khơng đổi, cuối giảm tuyến tính M = Mc + Hạn chế thông số mức độ cho phép, ví dụ hạn chế dịng điện khởi động Ikđ ≤ Icp + Tạo quy luật chuyển động cho cấu công tác (tức cho trục động cơ) theo quy luật cho trước đầu vào với độ xác 3.1.3 Điều chỉnh không tự động điều chỉnh tự động: a) Điều chỉnh không tự động: Là việc thay đổi thông số đầu cách tác động lên thông số đầu vào cách rời rạc Mỗi lần tác động ta có giá trị khơng đổi thơng số đầu vào tương ứng ta đường đặc tính (nhân tạo) Khi động làm việc, nhiễu loạn (như phụ tải thay đổi, điện áp nguồn dao động, …) tác động vào hệ, thông số đầu vào giữ không đổi nên điểm làm việc động di chuyển đường đặc tính Người ta gọi dạng điều chỉnh “điều chỉnh tay” hay “điều chỉnh không tự động” “điều chỉnh vòng hở” Phương pháp điều chỉnh đơn giản nên dùng hệ truyền động điện đại, nhiên khơng đảm bảo yêu cầu cao chế độ công nghệ b) Điều chỉnh tự động: Được thực nhờ thay đổi liên tục thông số đầu vào theo mức độ sai lệch thông số đầu so với giá trị định trước, nhằm khắc phục độ sai lệch Như có tác động nhiễu làm ảnh hưởng đến thống số đầu ra, thông số đầu vào thay đổi động có đường đặc tính khác, điểm làm việc động dịch chuyển từ đường đặc tính nhân tạo sang đặc tính nhân đạo khác vạch đường đặc tính hệ điều chỉnh tự động Vì định nghĩa: “đặc tính hệ điều chỉnh tự động quỹ tích điểm làm việc động vơ số đặc tính hệ điều chỉnh vòng hở” Hay gọi “quỹ đạo pha tọa độ đặc tính cơ” Việc thay đổi tự động thông số đầu vào thực nhờ mạch phản hồi, mạch lấy tín hiệu từ thơng số đầu thơng số liên quan đến đầu ra, đưa trở lại gây tác động lên thơng số đầu vào, tạo thành hệ có liên hệ kín đầu đầu vào Vì người ta gọi hệ hệ “điều chỉnh vòng kín” Hệ điều chỉnh tự động phức tạp đảm bảo tiêu chất lượng cao c) Nhiễu thông số đầu ra: Đối với hệ truyền động động điện, có hai thơng số đầu chủ yếu mơmen tốc độ Có nhiều loại nhiễu gây tác động lên thông số điện áp nguồn, tần số Trang 84 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện lưới điện, nhiệt độ môi trường, hệ số tự cảm cuộn dây, … ta quan tâm đến tác động nhiễu loạn chủ yếu Khi điều chỉnh tốc độ, thông số điều chỉnh , thông số điều chỉnh thơng số tạo đặc tính nhân tạo, chủ yếu phụ tải biểu thị mơmen cản Mc, dịng tải Ic Ngược lại, điều chỉnh mơmen dịng điện, thơng số điều chỉnh M I, nhiễu loạn chủ yếu lại tốc độ  Sự ảnh hưởng qua lại hai đại lượng M  thể đường đặc tính phương trình 3.2 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN: 3.2.1 Chỉ tiêu chất lượng động (chế độ độ): * Độ điều chỉnh max (max  40% nhỏ hơn) * Thời gian độ Tqđ (Tqđ nhỏ tốt) * số lần dao động n ( n = 23 tốt) h  max 5% h ≡ xl t Tqđ Hình 3-1: Đặc tính q độ 3.2.2 Chỉ tiêu chất lượng tĩnh (chế độ xác lập): 3.2.2.1 Sai số tĩnh tốc độ s% : Là đại lượng đặc trưng cho xác trì tốc độ đặt (đ): 𝑠% = 𝑜 − 𝑜 ∙ 100% = 𝑐 ∙ 100% = ∗  - tốc độ làm việc thực động 0 - tốc độ không tải động c - độ sụt tốc độ mômen tải thay đổi Mc =  Mđm Trang 85 (3-1) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Sai số nhỏ, điều chỉnh xác, lí tưởng ta có hệ điều chỉnh tuyệt đối xác S% = Thực tế người ta phải thiết kế hệ truyền động diều chỉnh có độ xác đáp ứng u cầu cơng nghệ máy sản xuất, truyền động máy cắt gọt kim loại yêu cầu S% ≤ 10%, hay tryuền động ăn dao: S% ≤ 5%, … 3.2.2.2 Phạm vi điều chỉnh tốc độ D: 𝐷= 𝑚𝑎𝑥 (3-2) 𝑚𝑖𝑛 D lớn tốt Tuy nhiên, giá trị max bị hạn chế độ bền học động cơ, điều kiện chuyển mạch Tốc độ min bị chặn yêu cầu mômen khởi động, khả tải sai số tốc độ làm việc cho phép * Ví dụ hình 3-2:  o1 c max 1 o2 2 min Mnm2 Mc M Hình 3-2: Xác định phạm vi điều chỉnh Cũng có trường hợp phối hợp hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động diện như: thay đổi điện áp phần ứng động chiều điều chỉnh tốc độ từ min đến đm, phương pháp thay đổi từ thơng kích từ điều chỉnh tốc độ từ đm đến max Khi ta có “hệ điều chỉnh hai vùng tốc độ” đạt dải điều chỉnh rộng: 𝐷= đ𝑚 𝑚𝑖𝑛 ∙ 𝑚𝑎𝑥 đ𝑚 = 𝐷𝑈 𝐷 (3-3) Giả thiết đặc tính tuyến tính, có độ cứng khơng đổi 1 2 = 1, mômen tải không đổi Mc, sai số tốc độ tương ứng là: 𝑠1 % = 𝑠2 % = 𝑀𝑐 𝑜1 1 𝑀𝑐 𝑜2 2 ∙ 100% (3-4a) ∙ 100% (3-4b) Trang 86 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Nếu gọi bội số mômen khởi động là: 𝐾𝑛𝑚2 = 𝑠2 % =  𝐾𝑛𝑚2 𝑀𝑛𝑚2 𝑀𝑐 ∙ 100% ; hay: 𝑠2 % = (1 − 𝑚𝑖𝑛 = (1 − 𝑠2 ) ∙ 𝑀𝑐 𝐾𝑛𝑚2 𝛽2 thì: 𝑚𝑖𝑛 𝑜2 ) ∙ 100% ∙ 100% (3-5) (3-6) Qua (3-6) ta thấy quan hệ D, s%,  Knm Theo khả tải, ta xác định phạm vi điều chỉnh: 𝐷= Trong đó: 𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑖𝑛 𝛽𝑚𝑖𝑛 = ∗ −1) (𝛽𝑡𝑛 = ∗ (𝛽𝑚𝑖𝑛 −1) 𝐾𝑞𝑡.𝑀đ𝑚 𝜔𝑜 ∙ ∗ 𝛽𝑚𝑖𝑛 (3-7) ∗ 𝛽𝑡𝑛 ∗ ; 𝛽𝑚𝑖𝑛 = 𝐾𝑞𝑡 ; 𝐾𝑞𝑡 = 𝑀𝑛𝑚.𝑚𝑖𝑛 𝑀đ𝑚 3.2.2.3 Độ trơn điều chỉnh tốc độ : Là chênh lệch cấp tốc độ liền nhau: = 𝑖+1 (3-8) 𝑖 Trong đó: i - tốc độ ổn định đạt cấp i i+1 - tốc độ ổn định đạt cấp (i+1) Hệ số  nhỏ tốt, lý tưởng   1: hệ điều chỉnh vơ cấp Cịn hệ điều chỉnh có cấp nếu:   3.2.2.4 Hướng điều chỉnh: + Dưới tốc độ định mức:  < đm + Trên tốc độ định mức:  > đm + Cả hai hướng:  < đm  > đm 3.2.2.5 Sự phù hợp đặc tính điều chỉnh đặc tính tải: Với động chế độ làm việc tối ưu thường chế độ định mức động Để sử dụng tốt động điều chỉnh tốc độ cần lưu ý đến tiêu như: dịng điện động khơng vượt q dịng định mức nó, đảm bảo khả tải mômen (trong khoảng thời gian ngắn), đảm bảo yêu cầu ổn định tĩnh có nhiễu v.v tồn giải điều chỉnh Vì thiết kế hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ, người ta thường chọn hệ truyền động phương pháp điều chỉnh, cho đặc tính điều chỉnh hệ bám sát yêu cầu đặc tính tải Nếu đảm bảo điều kiện tổn thất trình điều chỉnh nhỏ 3.2.2.6 Mức độ tự động hóa: Một hệ thống điều chỉnh tốc độ có đạt mức độ tự động hóa cao hay thấp Trang 87 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 3.2.2.7 Chỉ tiêu kinh tế: Nhiều trường hợp, tiêu kinh tế tiêu định lựa chọn phương án truyền động Hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ cần đạt có vốn đầu tư thấp, giá thành hạ, chi phí vận hành, bảo quản, sửa chữa ít, đặc biệt tổn thất lượng điều chỉnh vận hành nhỏ Năng suất máy sản xuất hệ điều chỉnh mang lại Tổn thất lượng bao gồm tổn thất nhiệt tổn thất cơ: 𝜔 𝑡 1 𝑊 = ∫𝜔 𝐽 (𝜔𝑜 − 𝜔)𝑑𝜔 + ∫𝑡 𝑀𝑐 (𝜔𝑜 − 𝜔)𝑑𝑡 (3-9) Việc tính tốn cụ thể tiêu liên quan nêu cho thấy hiệu kinh tế, thời gian hồn vốn lợi ích nhờ việc sử dụng hệ điều chỉnh chọn Thường người ta tiêu kỹ thuật để đề xuất vài phương án điều chỉnh, sau tính toán kinh tế để so sánh hiệu định chọn hệ thống phương pháp điều chỉnh thông số đầu động 3.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP: 3.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng: Từ phương trình đặc tính tổng qt: 𝜔= 𝑈ư 𝐾 − 𝑅ư +𝑅ư𝑓 (𝐾)2 ∙𝑀 (3-10) 𝜔 = 𝑜 −  (3-11) Ta thấy thay đổi Rưf o = const cịn  thay đổi, ta đường đặc tính điều chỉnh có o dốc dần Rưf lớn, với tải tốc độ thấp (hình 3-3): +  - Uư o đm 1 Rktf Ckt TN Rưf1 2 Ikt Rưf2 Rưf E Iư Mc M b) a) Hình 3-3: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Rưf b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Rưf Trang 88 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Như vậy: < Rưf1 < Rưf2 < đm > 1 > 2 > , ta tăng Rưf đến giá trị làm cho M  Mc động không quay động làm việc chế độ ngắn mạch,  = Từ lúc này, ta có thay đổi Rưf tốc độ không, nghĩa không điều chỉnh tốc độ động nữa, phương pháp điều chỉnh phương pháp điều chỉnh không triệt để Phương pháp có sai số tĩnh lớn, điều chỉnh sâu s% lớn, s% > s%cp Phạm vi điều chỉnh hẹp (thường D =  3) Độ tinh điều chỉnh:   (điều chỉnh có cấp) Vùng điều chỉnh tốc độ định mức ( < đm) Phù hợp với phụ tải năng, điều chỉnh mà giữ dịng điện rơto khơng đổi mơmen khơng đổi (M ~ Mc) * Ưu: Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng để điều chỉnh tốc độ động ĐMđl có ưu điểm đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho phụ tải dạng (Mc = const) * Nhược điểm: Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm điều chỉnh khơng triệt để; điều chỉnh sâu sai số tĩnh lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh điện trở phụ mạch phần ứng, dòng phần ứng lớn nên phải thay đổi cấp điện trở phụ, công suất điều chỉnh lớn, tổn hao lượng trình điều chỉnh lớn Mặc dù vậy, phương pháp thường áp dụng cho điều chỉnh tốc độ động ĐMđl truyền động cho máy nâng - vận chuyển có yêu cầu điều chỉnh tốc độ không cao 3.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập cách thay đổi từ thơng kích từ: Từ phương trình đặc tính tổng quát: 𝜔= 𝑈ư 𝐾 𝑅 − (𝐾ư)2 ∙ 𝑀  𝜔 = 𝑜 −  (3-12) (3-13) Ta thấy thay đổi  o  thay đổi, ta đường đặc tính điều chỉnh dốc dần (độ cứng  giảm) cao đặc tính tự nhiên  nhỏ, với tải tốc độ cao giảm từ thơng kích từ  (hình 3-4) Như vậy: đm > 1 > 2 > đm < 1 < 2 < , giảm  q nhỏ làm cho tốc độ động lớn giới hạn cho phép, làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu dòng phần ứng tăng cao, để đảm bảo chuyển mạch bình thường Trang 89 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện cần phải giảm dòng phần ứng làm cho mômen cho phép trục động giảm nhanh, dẫn đến động bị tải + o2 2 2 o1 Rktf Ckt Ikt  - Uư ođm  E 1 đm 1 Mc Iư đm Mn2 Mn1 M b) a) Hình 3-4: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi  b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi  Phương pháp có sai số tĩnh lớn, điều chỉnh sâu s% lớn, s% > s%cp Phạm vi điều chỉnh hẹp (thường D =  3) Độ tinh điều chỉnh:   (có thể điều chỉnh vơ cấp) Vùng điều chỉnh tốc độ định mức ( > đm) * Ưu: Phương pháp thay đổi từ thơng kích từ để điều chỉnh tốc độ động ĐMđl có ưu điểm đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động Có thể điều chỉnh vơ cấp Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho phụ tải dạng máy tiện * Nhược điểm: Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm điều chỉnh khơng triệt để; điều chỉnh sâu sai số tĩnh lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, quán tính điện từ lớn Phương pháp không phù hợp với hệ thống truyền động có yêu cầu cao độ tác nhanh 3.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập cách thay đổi điện áp phần ứng: Từ phương trình đặc tính tổng quát: 𝜔= 𝑈ư 𝐾 𝑅  − (𝐾ư )2 ∙ 𝑀  𝜔 = 𝑜 −  Trang 90 (3-14) (3-15) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Ta thấy thay đổi Uư 0 thay đổi cịn  = const, ta đường đặc tính điều chỉnh song song với Nhưng muốn thay đổi U phải có nguồn chiều thay đổi điện áp ra, thường dùng biến đổi (hình 3-5)  ođm ~ 1 2 BBĐ M’c Uư Iư đm Uưđm Mc E -ođm Ikt M Uư=0 -Uưđm + Uư1>0 -Uư1 ta có tốc độ theo chiều thuận: Uưđm > Uư1 > Uư2 > …  đm > 1 > 2 > … Nếu thay đổi Uư < ta có tốc độ theo chiều ngược (với M’c ngược chiều với Mc): - Uưđm > - Uư1 > - Uư2 > …  - đm > - 1 > - 2 > … Nếu cho Uư = động làm việc đặc tính hãm động Phương pháp có sai số tĩnh nhỏ Phạm vi điều chỉnh hẹp lớn: D = 10:1; 100:1; 1000:1, lớn Độ tinh điều chỉnh:   (có thể điều chỉnh vơ cấp) Điều chỉnh hai vùng tốc độ:  < đm (khi thay đổi Uư),  > đm (khi thay đổi ) * Ưu: Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để điều chỉnh tốc độ động ĐMđl có ưu điểm phạm vi điều chỉnh tốc độ động rộng Có thể điều chỉnh vơ cấp Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho phụ tải cần điều chỉnh có độ xác cao Trang 91 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện * Nhược điểm: Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm dung nhiều thiết bị biến đổi, hệ thống “bộ biến đổi – động điện chiều” dung phần tử bán dẫn, vi mạch * Ví dụ 3-1: Cho ĐMđl có thơng số: Pđm = 29KW; Uđm = 220V; Iđm = 151A; nđm = 1000vg/ph; Rư = 0,07; hệ số tải Kqt = Hảy xác định tốc độ cực tiểu dải điều chỉnh theo khả tải yêu cầu ? * Giải ví dụ 3-1: Điện trở định mức động cơ: 𝑅đ𝑚 = 𝑈đ𝑚 𝐼đ𝑚 = 220 151 Giá trị tương đương điện trở phần ứng: 𝑅ư∗ = ∗ Độ cứng đặc tính tự nhiên: 𝑡𝑛 = 𝑅ư∗ = 1,45  𝑅ư 𝑅đ𝑚 = 0,07 1,45 = 0,048 = 20,8 Độ cứng đặc tính thấp nhất: ∗𝑚𝑖𝑛 = 𝐾𝑞𝑡 = Giá trị tương đối tốc độ cực đại (tức tốc độ định mức động cơ) là: ∗ ∗ 𝑛𝑚𝑎𝑥 = 𝑚𝑎𝑥 = 𝜔đ𝑚 𝜔𝑜 = 𝑛đ𝑚 𝑛𝑜 =1− 𝛽∗ = − 𝑅ư∗ = − 0,048 = 0,0952 Tốc độ không tải lý tưởng: 𝑛𝑜 = 𝑛đ𝑚 ∗ 𝑛đ𝑚 = 1000 = 1050 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 0,0952  o tn đm min min Mđm Mc.max = Mnm.min M Hình ví dụ 3-1: Sơ đồ giải thích phạm vi điều chỉnh tốc độ theo khả tải yêu cầu Trang 92 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện  ~ U Uđ Uđk BĐ r1 Đ r2 - Ua o + m = tn Ckt - m I I, M a) b) Hình 3-9: Sơ đồ đặc tính phản hồi âm điện áp phần ứng Bỏ qua dòng điện điện trở r1, r2 đặt 𝑘𝑎 = 𝑟2 𝑟1 +𝑟2 ta có: 𝐸𝑏 = 𝑘𝑏 (𝑈đ − 𝑘𝑎 𝑈) (3-35) Và phương trình đặc tính hệ thống có phản dương dịng điện tải: 𝜔 = (1+𝑘 𝑘𝑏 𝑘𝑎 ∙𝑅 1+𝑘𝑏 𝑘𝑎 𝑏 (𝐾đ𝑚 ) 𝑅− 𝑘𝑏 𝑈đ 𝑏 𝑘𝑎 ).𝐾 đ𝑚 − ∙𝑀 (3-36) Nếu mạch có kbka >> (3-36) có dạng: 𝜔= 𝑈đ 𝑘𝑎 𝐾đ𝑚 − 𝑅ư (𝐾đ𝑚 ) 𝜔 = 𝜔𝑜 (𝑈đ , 𝑘𝑎 ) − ∙𝑀 𝑀 𝛽𝑡𝑛 (3-37a) (3-37b) Độ cứng đặc tính hệ kín với phản hồi âm điện áp phần ứng: 𝛽𝑚 = − (𝐾đ𝑚 ) 𝑅− 𝑘𝑏 𝑘𝑎 ∙𝑅 1+𝑘𝑏 𝑘𝑎 𝑏 (3-38) Khi thay đổi hệ số phản hồi điện áp ka (bằng trượt chiết áp r1, r2) tốc độ khơng tải lỷ tưởng lẫn độ cứng đặc tính thay đổi theo Trường hợp hệ có hệ số khuếch đại lớn độ cứng mong muốn đạt giá trị tối đa tn, (hình 3-9b) 3.4.4 Hệ thống điều chỉnh tự động tốc độ động theo tốc độ động cơ: Qua hình 3-7, để nâng độ cứng lên m ta điều chỉnh Eb cách dùng mạch phản hồi âm tốc độ động Dựa vào phương trình đặc tính điện Bộ biến đổi - Động chiều ta rút dịng điện phần ứng thay vào (3-27) ta có: Trang 97 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 𝐸𝑏 = 1−𝑘𝑑 𝑅 (𝐸𝑏0 − Ta có: ′′ 𝐸𝑏 = 𝐸𝑏0 − 𝑘𝑡′ 𝜔 Trong đó: ′′ 𝐸𝑏0 = 𝛽𝑚 𝑘𝑡′ = ( 𝛽𝑚 𝛽 𝛽 𝑘𝑑 𝐾 đ𝑚 𝑅 (3-39a) (3-39b) ∙ 𝐸𝑏0 (3-40) − 1) ∙ 𝐾 đ𝑚 (3-41)  ~ Uđ ∙ 𝜔) o + Uđk BĐ Đ U kbkt =  Ckt -  kt I, M FT a) b) Hình 3-10: Sơ đồ đặc tính phản hồi âm tốc độ động Luật điều chỉnh (3-39b) thực phản hồi âm tốc độ (hình 3-10a), tín hiệu tốc độ lấy máy phát tốc FT máy phát có điện áp tỷ lệ với tốc độ động cơ: U = kt  Và phương trình đặc tính hệ thống có phản hồi âm tốc độ: 𝜔= 𝑘𝑏 𝑈đ 𝑘 𝑘 (1+ 𝑏 𝑡 ) 𝐾đ𝑚 𝑅 − 𝑘 𝑘 (1+ 𝑏 𝑡 )∙(𝐾đ𝑚 ) 𝐾đ𝑚 ∙𝑀 (3-42) Độ cứng đặc tính hệ kín với phản hồi âm tốc độ: 𝛽𝑚 = − 𝑘 𝑘 (1+ 𝑏 𝑡 )∙(𝐾đ𝑚 ) 𝐾đ𝑚 𝑅 (3-43) Từ (3-43) tính hệ số khuếch đại yêu cầu hệ cho đặc tính thấp phạm vi điều chỉnh đạt độ cứng mong muốn Khi kb.kt   đặc tính tuyệt đối cứng Trong trường hợp khơng dùng máy phát tốc dùng cầu tốc độ để lấy tín hiệu phản hồi tốc độ (trong phần ứng động nhánh cầu) Trang 98 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 3.4.5 Hệ thống điều chỉnh tự động tốc độ theo phản hồi âm dịng điện có ngắt: Q trình làm việc hệ thống TĐĐ thường có yêu cầu ổn định tốc độ vùng biến thiên cho phép mơmen dịng điện phần ứng, dịng điện mơmen vượt q phạm vi cần phải hạn chế dịng điện mơmen tránh cho động bị tải lớn, gây cố hư hỏng động Muốn giảm dịng điện mơmen ngắn mạch ta phải giảm độ cững đặc tính Tuy nhiên, để đẩm bảoyêu cầu ổn định tốc độ phạm vi biến thiên cho phép tải, ta giảm độ cứng dịng điện mơmen vượt ngưỡng Ngưỡng gọi “điểm ngắt ” Tương ứng với ta có “dịng ngắt ” Ing, “mômen ngắt” Mng “tốc độ ngắt ” ng Thơng thường I*ng  (1,52) Vậy, đặc tính hệ thống gồm hai đoạn: đoạn làm việc từ điểm không tải lý tưởng đến điểm ngắt (đoạn AB) đoạn ngắt từ điểm ngắt đến điểm dừng (đoạn BC) (xem hình 3-11a) Vì đặc tính đặc trưng cho công nghệ máy xúc nên người ta gọi “đặc tính máy xúc ” Muốn tạo đoạn đặc tính dốc có độ cứng mong muốn ng bắt buộc phải thay đổi thông số điều chỉnh xđch cho tốc độ động giảm nhanh tải tăng lên giới hạn cho phép Như tải tăng hệ phải giảm Eb biến đổi − ) (𝐾đ𝑚 ) (𝐼 − 𝐼𝑛𝑔 ) Ta có: 𝐸𝑏 = 𝐸𝑏0 − ( Hay: ′ 𝐸𝑏 = 𝐸𝑏0 − 𝑘𝑛𝑔.𝑑 (𝐼 − 𝐼𝑛𝑔 ) 𝛽𝑛𝑔 (3-44a) 𝛽 (3-44b)  0 A ~ đm ng BĐ Rđo Đ B Uh Vng Uđặt C Ing Inm Iđm Iư + U - - Us + b) a) Hình 3-11: a) Đặc tính hệ dùng khâu hạn chế dịng b) Sơ đồ hệ dùng khâu phản hồi ngắt dòng Để thực quy luật điều chỉnh này, ta dùng khâu phản hồi âm dịng điện có ngắt tác động mức ngưỡng Ing, sơ đồ nguyên lý hình 3-11b Lúc này, điện áp so sánh: Us = Ing.Rđo, vậy: Trang 99 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 𝐸𝑏 = 𝑘𝑏 (𝑈đặ𝑡 − 𝑅đ𝑜 𝐼ư + 𝑈𝑠 ) = 𝑘𝑏 𝑈đặ𝑡 − 𝑘𝑏 𝑅đ𝑜 (𝐼ư − 𝐼𝑛𝑔 ) (3-45) So sánh với (3-44b) ta thấy: 𝐸𝑏 = 𝑘𝑏 𝑈đặ𝑡 (3-46) ′ 𝑘𝑛𝑔.𝑑 = 𝑘𝑏 𝑅đ𝑜 = 𝑘𝑏 𝑘𝑛𝑔.𝑑 (3-47) Đoạn BC, ta có phương đặc tính hệ có dịng điện ngắt: 𝜔= 𝑘𝑏 𝑈đặ𝑡 𝐾đ𝑚 − 𝑅+𝑘𝑏 𝑘𝑛𝑔.𝑑 𝐾 đ𝑚 ∙ (𝐼 − 𝐼𝑛𝑔 ) (3-48) 3.5 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3.5.1 Vấn đề điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ: Động không đồng (ĐCKĐB), sử dụng rộng rãi thực tế Ưu điểm bật là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư ít, giá thành hạ, trọng lượng, kích thước nhỏ dùng cơng suất định mức so với động chiều Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều pha… Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ khống chế trình độ khó khăn hơn, động KĐB lồng sóc có tiêu khởi động xấu, (dịng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ) Trong thời gian gần đây, phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất kỹ thuật điện tử, tin học, động KĐB khai thác ưu điểm chúng Nó trở thành hệ truyền động điện cạnh tranh có hiệu so với hệ Tiristor - Động điện chiều Qua phương trình đặc tính động KĐB: 𝑀= 2𝑀𝑡ℎ (1+𝑎𝑠𝑡ℎ ) 𝑠 𝑠𝑡ℎ 𝑠 + 𝑡ℎ + 2𝑎𝑠𝑡ℎ (3-49) 𝑠 Các trị số độ trượt tới hạn sth mômen tới hạn Mth : 𝑠𝑡ℎ = ± Và: ′ 𝑅2′ +𝑅2𝑓 √𝑅12 +𝑋𝑛𝑚 𝑀𝑡ℎ = ± 3𝑈1𝑓 ) 2𝜔𝑜 (𝑅1 ±√𝑅12 +𝑋𝑛𝑚 (3-50) (3-51) Trong biểu thức trên, dấu (+) ứng với trạng thái động cơ, dấu (-) ứng với trạng thái máy phát, (MthĐ > MthF) Trang 100 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Qua biểu thức (3-49), (3-50), (3-51), ta thấy thay đổi thông số điện trở phụ mạch rôto, điện kháng phụ mạch stato, điện áp stato, tần số stato số đơi cực thay đổi sth, Mth điều chỉnh tốc độ động KĐB 3.5.2 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto: Qua biểu thức (3-50), (3-51), thay đổi điện trở phụ mạch rôto động KĐB làm cho sth thay đổi tỷ lệ cịn Mth khơng thay đổi, thay đổi tốc độ  động KĐB hình 3-12 ~  o TN Sth.TN ĐKdq TN 1 R2f1 2 Sth.1 R2f2 R2f a) R2f.ic Sth.2 b) Mnm Mc Mth M Hình 3-12: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ b) Các đặc tính điều chỉnh tốc độ động ĐKdq Phương trình đặc tính động KĐB thay đổi tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng: 𝑀= 2𝑀𝑡ℎ.𝑅2𝑓 (1+𝑎𝑠𝑡ℎ.𝑅2𝑓 ) 𝑠 𝑠 + 𝑡ℎ + 2𝑎𝑠𝑡ℎ.𝑅2𝑓 𝑠𝑡ℎ.𝑅 𝑠 2𝑓 (3-52) Các trị số độ trượt tới hạn sth mômen tới hạn Mth này: 𝑠𝑡ℎ.𝑅2𝑓 = ± Và: ′ 𝑅2′ +𝑅2𝑓 √𝑅12 +𝑋𝑛𝑚 𝑀𝑡ℎ.𝑅2𝑓 = ± 𝑈1𝑓 ) 2𝜔𝑜 (𝑅1 ±√𝑅12 +𝑋𝑛𝑚 Trang 101 (3-53) (3-54) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện * Nguyên lý điều chỉnh: thay đổi R2f với giá trị khác nhau, sth thay đổi tỷ lệ, cịn Mth = const, ta họ đặc tính có chung o, Mth, có tốc độ khác có tốc độ làm việc xác lập tương ứng Qua hình 3-12, ta có: Và: Mth = const < R2f1 < R2f2 < … < R2fi < … Sth.TN < sth.1 < sth.2 < … < sth.i < … TN > 1 > 2 > … > i > … Như vậy, cho R2f lớn để điều chỉnh tốc độ nhỏ, độ cứng đặc tính dốc, sai số tĩnh lớn, tốc độ làm việc ổn định, chí R2f = R2f.ic, dẫn đến Mn = Mc cho động không quay ( = 0) Khi thay đổi giá trị R2f.i > R2f.ic tốc độ động không ( = 0), nghĩa không điều chỉnh tốc độ, hay gọi điều chỉnh không triệt để * Các tiêu chất lượng phương pháp này: Phương pháp có sai số tĩnh lớn, điều chỉnh sâu s% lớn, s% > s%cp Phạm vi điều chỉnh hẹp (thường D =  3) Độ tinh điều chỉnh:   (điều chỉnh có cấp) Vùng điều chỉnh tốc độ định mức ( < đm) Phù hợp với phụ tải năng, điều chỉnh mà giữ dịng điện rơto khơng đổi mômen không đổi (M ~ Mc) * Ưu: Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch rôto để điều chỉnh tốc độ động KĐB có ưu điểm đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho phụ tải dạng (Mc = const) * Nhược điểm: Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm điều chỉnh không triệt để; điều chỉnh sâu sai số tĩnh lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh mạch rơto, dịng rơto lớn nên phải thay đổi cấp điện trở phụ, công suất điều chỉnh lớn, tổn hao lượng trình điều chỉnh lớn Mặc dù vậy, phương pháp thường áp dụng cho điều chỉnh tốc độ động ĐK truyền động cho máy nâng - vận chuyển có yêu cầu điều chỉnh tốc độ không cao Muốn nâng cao tiêu chất lượng dùng phương pháp “xung điện trở” 3.5.3 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi điện áp stato: Mômen động KĐB tỉ lệ với bình phương điện áp stato, nên điều chỉnh mômen tốc độ động KĐB cách thay đổi điện áp stato giữ tần số không đổi nhờ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC) hình 3-13 Trang 102 ThS Khương Cơng Minh Cơ sở truyền động điện Phương trình đặc tính thay đổi tốc độ ĐKdq cách thay đổi điện áp stato: 𝑀= 2𝑀𝑡ℎ.𝑢 (1+𝑎𝑠𝑡ℎ.𝑢 ) (3-55) 𝑠 𝑠 + 𝑡ℎ + 2𝑎𝑠𝑡ℎ.𝑢 𝑠𝑡ℎ.𝑢 𝑠 Các trị số độ trượt tới hạn sth mômen tới hạn Mth này: 𝑠𝑡ℎ.𝑢 = ± 𝑅2′  𝑀𝑡ℎ.𝑢 = ± Và: (3-56) √𝑅12 +𝑋𝑛𝑚 𝑈1𝑓.𝑢 ~  TN, uđm, R2f = o Uđk ĐAXC (3-57) ) 2𝜔𝑜 (𝑅1 ±√𝑅12 +𝑋𝑛𝑚 TN đ/tGH, uđm, R2f ≠ Sth.TN ub1 < uđm 2 ub2 < ub1 Sth.gh ĐKdq Mc() f1, ub R2f a) Mth2 Mth1 Mth M b) Hình 3-13: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ đ/c ĐKdq ustato b) Các đặc tính điều chỉnh ustato đ/c ĐKdq Nếu coi ĐAXC nguồn lí tưởng (Zb = 0), ub ≠ uđm mơmen tới hạn Mth.u tỉ lệ với bình phương điện áp, sth.u = const: 𝑢 𝑀𝑡ℎ.𝑢 = 𝑀𝑡ℎ.𝑔ℎ ( 𝑏 ) = 𝑀𝑡ℎ.𝑢 𝑢𝑏∗2 (3-58) 𝑠𝑡ℎ.𝑢 = 𝑠𝑡ℎ.𝑔ℎ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (3-59) 𝑢1 Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh giảm bớt mức phát nóng động cơ, người ta mắc thêm điện trở R2f (hình 3-13a) Khi đó, điện áp đặt vào stato động định mức, (ub = u1) ta đặc tính mềm đặc tính tự nhiên, gọi đặc tính giới hạn Rõ ràng là: 𝑠𝑡ℎ.𝑔ℎ = 𝑠𝑡ℎ 𝑅2 +𝑅2𝑓 𝑅2 Trang 103 (3-60) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 𝑀𝑡ℎ.𝑔ℎ = 𝑀𝑡ℎ (3-61) Trong đó: Mth.gh, sth.gh mômen hệ số trượt tới hạn đặc tính giới hạn (đ/tGH) Mth, sth mơmen hệ số trượt tới hạn đặc tính tự nhiên Dựa vào đặc tính giới hạn Mgh(s),  = const, ta suy đặc tính điều chỉnh ứng với giá trị ub cho trước nhờ quan hệ: 𝑀𝑢∗ = 𝑢𝑏∗2 ; 𝑀𝑢∗ = 𝑀𝑢 (3-62) 𝑀𝑔ℎ Đặc tính điều chỉnh trường hợp hình 3-13b Phương pháp điều chỉnh điện áp thích hợp với truyền động mà mômen tải hàm tăng theo tốc độ như: máy bơm, quạt gió, … Có thể dùng máy biến áp tự ngẫu, điện kháng, biến đổi bán dẫn làm ĐAXC cho động KĐB 3.5.4 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi số đôi cực:  = 𝑜 (1 − 𝑠) = Theo quan hệ: 2𝜋𝑓1 (1−𝑠) (3-63) 𝑝 Trong đó: f1 tần số lưới điện, p số đôi cực Vậy, thay đổi số đôi cực p, điều chỉnh ựo điều chỉnh ự Để thay đổi số đơi cực p, người ta phải chế tạo động KĐB đặc biệt, có tổ dây quấn stato khác để tạo p khác nhau, gọi máy đa tốc Ví dụ ta có tổ nối dây stato (1 pha) gồm đoạn, đoạn phần tử hình 3-14 Nếu ta đấu nối tiếp đoạn thuận cực (đánh dấu * hình vẽ), đường sức từ phân bố trên hình 3-14a, nên số cực p = N/2 S N ++ * ~ S N/2 ++ * * * a) p = 2; 0 S ++ * ~ N + * * * b) p = 1; 20 S ++ + * ~ * N + * + * c) p = 1; 20 Hình 3-14: Thay đổi số đơi cực đổi nối tổ dây quấn Như vậy, cách đổi nối đơn giản tổ dây quấn, ta điều chỉnh tốc độ: từ o sơ đồ 3-14a thành lên 2o sơ đồ 3-14b, c; điều chỉnh tốc độ  động KĐB Trang 104 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Thực tế, động KĐB đa tốc độ thường gặp đổi nối theo hai cách: hình  kép (Y  ) tam giác  kép (  ) Sơ đồ đổi nối giới thiệu hình 3-15 Khi nối  Y, hai đoạn dây quấn pha đấu nối tiếp thuận cực giống hình 3-15a, nên ta giả thiết p = tương ứng tốc độ đồng o Khi đổi nối thành , đoạn dây nối song song ngược cực giống hình 3-15c, nên p = 1, tốc độ đồng tăng gấp đôi (o = 2o) x1, r1 * x1, r1 x1, r1 * x1, r1 * * x1, r1 * * x1, r1 a) Sao đơn b) Tam giác c) Sao kép Hình 3-15: Đổi nối dây quấn stato động KĐB Để dựng đặc tính điều chỉnh, ta cần xác định cá trị số Mth, sth o cho cách nối dây Đối với trường hợp   tiếp, nên: ta có quan hệ nối , hai đoạn dây stato đấu nối 𝑅1 = 2𝑟1 ; 𝑋1 = 2𝑥1 } 𝑅2 = 2𝑟2 ; 𝑋2 = 2𝑥2 ; 𝑋𝑛𝑚 = 2𝑥𝑛𝑚 (3-64) Trong đó: r1, r2, x1, x2 điện trở điện kháng đoạn dây stato rôto Điện áp dây quấn pha U f  3.U1 Do đó: 𝑠𝑡ℎ. = 𝑅2′  √𝑅12 +(𝑋1 +𝑋1′ ) 𝑀𝑡ℎ. = Nếu đổi thành 3.(√3𝑈1 ) = 𝑟2′ (3-65) √𝑟12 +𝑥𝑛𝑚 2 +𝑋 2𝜔𝑜 (𝑅1 ± √𝑅1∆ 𝑛𝑚∆ ) = 9.𝑈12 ) 4𝜔𝑜 (𝑟1 ± √𝑟12 +𝑥𝑛𝑚 (3-66) thì: 𝑅1 = 𝑟1 ; 𝑋1 𝑥 1 2 ; 𝑅2 = 𝑟2 ; 𝑋2 = 𝑥2 Còn điện áp dây quấn pha là: Uf Trang 105 = U1 Vì vậy: (3-67) ThS Khương Cơng Minh 𝑠𝑡ℎ = 𝑀𝑡ℎ = Cơ sở truyền động điện 𝑅2′ √𝑅12 + (𝑋1 + 𝑋2′ ) 3.(√3𝑈1 ) 2𝜔𝑜 (𝑅1 = 𝑟2′ 2 ± √𝑅12 + 𝑋𝑛𝑚 ) = 9.𝑈12 (3-69) ) 4𝜔𝑜 (𝑟1 ± √𝑟12 + 𝑋𝑛𝑚  o (3-68) √𝑟12 +𝑥𝑛𝑚  o Sth o Sth oY Sth Mc.cp MthY Mth Mc.cp Mc.cp Mth Mth M SthY M Hình 3-16: Các đặc tính điều chỉnh tốc độ đổi nối dây quấn stato So sánh (3-66) với (3-69) ta thấy: 𝑀𝑡ℎ 𝑀𝑡ℎ.∆ = (3-70) Như vậy, đổi nối từ tam giác sang kép (  ), tốc độ không tải lý tưởng tăng lên gấp lần: (o = 2o), độ trượt tới hạn không đổi (giá trị tương đối), cịn mơmen tới hạn giảm 1/3 lần Đặc tính điều chỉnh có dạng hình 3-16a Đối với trường hợp đổi nối Y  dây đấu nối tiếp U1Y = U1, nên: 𝑠𝑡ℎ.𝑌 = ta suy luận tương tự Khi nối Y, đoạn 𝑟2′ √𝑟12 +𝑥𝑛𝑚 𝑀𝑡ℎ.𝑌 = 3.𝑈12 ) 4𝜔𝑜 (𝑟1 ± √𝑟12 +𝑥𝑛𝑚 (3-71) (3-72) So sánh biểu thức (3-71) (3-72) với biểu thức tương ứng sơ đồ kép (3-68) (3-69) ta được: 𝑠𝑡ℎ.𝑌 = 𝑠𝑡ℎ 𝑀𝑡ℎ.𝑌 = 𝑀𝑡ℎ (3-73) (3-74) Như vậy, đổi nối Y  , tốc độ không tải lý tưởng mômen tới hạn tăng gấp đơi, cịn hệ số trượt tới hạn giữ ngun giá trị tương đối (hình 3-16b) Trang 106 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Để xác định phụ tải cho phép điều chỉnh tốc độ, xuất phát từ giá trị công suất suy mômen Từ biểu thức công suất, ta có: Khi nối : Khi nối Do đó: : 𝑃𝑐.𝑐𝑝. = 3√3𝑈1 𝐼1đ𝑚 𝑐𝑜𝑠∆ ∆ (3-75) = 3√3𝑈1 𝐼1đ𝑚 𝑐𝑜𝑠  (3-76) 𝑃𝑐.𝑐𝑝 𝑃𝑐.𝑐𝑝 = 𝑃𝑐.𝑐𝑝.∆ 2.𝑐𝑜𝑠  ≈1 √3.𝑐𝑜𝑠∆ ∆ (3-77) Thực tế cho phép coi Pc.cp. ≈ Pc.cp , hệ số cơng suất hiệu suất nối  cao nối Đó nối , điện áp đặt lên đoạn dây quấn lớn nối , nên dịng từ hóa tăng cách vơ ích: Từ (3-77) ta suy quan hệ mômen tải cho phép: 𝑀𝑐.𝑐𝑝 𝑀𝑐.𝑐𝑝.∆ ≈ 𝑃𝑐.𝑐𝑝 ⁄𝜔𝑜 ≈ 𝑃𝑐.𝑐𝑝.∆ ⁄𝜔𝑜∆ 𝜔𝑜∆ 𝜔𝑜 ≈ (3-78) Như vậy, đổi nối   , mômen phụ tải cho phép động giảm hai lần, cịn cơng suất cho phép giữ khơng đổi Điều chứng tỏ phương pháp đổi nối phù hợp với máy có mơmen tải tỷ lệ nghịch với tốc độ Nếu đặt:  = Mth/Mc.cp từ (3-61) (3-77) ta thấy:  ∆ ≈ 𝑀𝑡ℎ ⁄𝑀𝑐.𝑐𝑝 𝑀𝑡ℎ.∆ ⁄𝑀𝑐.𝑐𝑝.∆ Nghĩa đổi nối   ≈ (3-79) , khả tải động tăng lên 4/3 lần Nếu đoạn dây nối hình Y, thì: 𝑃𝑐.𝑐𝑝.𝑌 = 3𝑈1 𝐼1đ𝑚 𝑐𝑜𝑠𝑌 𝑌 So sánh với trường hợp nối [xem (3-76)] ta có: 𝑃𝑐.𝑐𝑝 = 𝑃𝑐.𝑐𝑝.𝑌 Và: (3-80) 𝑀𝑐.𝑐𝑝 𝑀𝑐.𝑐𝑝.𝑌 ≈ 2.𝑐𝑜𝑠  √3.𝑐𝑜𝑠𝑌 𝑌 ≈2 𝑃𝑐.𝑐𝑝 ⁄𝜔𝑜 𝑃𝑐.𝑐𝑝.𝑌⁄𝜔𝑜𝑌 ≈ (3-81) 𝜔𝑜𝑌 𝜔𝑜 ≈1 (3-82) Như vậy, đổi nối Y  , mômen tải cho phép động giữ không đổi, cịn cơng suất cho phép tăng lần Điều có nghĩa phương pháp đổi nối phù hợp với máy có mơmen tải khơng đổi (Mc = const) Từ (3-82) (3-77) ta tìm quan hệ hệ số tải :  𝑌 Nghĩa đổi nối Y  ≈ 𝑀𝑡ℎ ⁄𝑀𝑐.𝑐𝑝 𝑀𝑡ℎ.𝑌⁄𝑀𝑐.𝑐𝑝.𝑌 ≈2 (3-83) , khả tải động tăng lên lần Trang 107 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện + Ưu điểm phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi số đôi cực thiết bị đơn giản, rẻ tiền, đặc tính cứng khả điều chỉnh triệt để (điều chỉnh tốc độ khơng tải lý tưởng) Nhờ đặc tính cứng, nên độ xác trì tốc độ cao tổn thất trượt điều chỉnh thực tế không đáng kể + Nhược điểm lớn phương pháp có độ tinh kém, giải điều chỉnh khơng rộng kích thước động lớn 3.5.5 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi tần số stato: 3.5.5.1 Vấn đề thay đổi số điện áp stato: Về nguyên lý, thay đổi tần số f1 o = 2f1/p thay đổi điều chỉnh tốc độ động KĐB Nhưng thay đổi f1  f1đm ảnh hưởng đến chế độ làm việc động Giả sử mạch stato có: E1 ≈ cf1 (3-84) Trong đó: E1 sức điện động cảm ứng cuộn dây stato,  từ thơng móc vịng qua cuộn dây stato, c số tỉ lệ, f1 tần số dòng điện stato Nếu bỏ qua sụt áp tổng trở cuộn dây stato ta có: U1 ≈ E1 ≈ cf1 (3-85) Qua (3-86) ta thấy: thay đổi f1 mà giữ U1 = const  thay đổi theo * Giả sử: + Khi giảm tần số f1 < f1đm để điều chỉnh tốc độ mà giữ cho điện áp stato U1 ≈ E1 ≈ cf1 = const theo (3-85), từ thơng  tăng lên, mạch từ động bị bảo hòa, điện kháng mạch từ giảm xuống dòng từ hóa tăng lên làm cho động tải từ, làm phát nóng động cơ, giảm tuổi thọ động cơ, chí nóng q nhiệt độ cho phép động động bị cháy ~ u1, f1đm Vì vậy, thay đổi tần số f1 để điều chỉnh tốc độ người ta thường kết hợp thay đổi điện áp stato u1 Và người ta thường dùng biến đổi tần số (BT) để điều chỉnh tốc độ động ĐKls hình 3-17 BT f1, ub ĐKls Hình 3-17: hệ BT – ĐKls Trang 108 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện + Còn tăng f1 > f1đm giữ U1 ≈ E1 ≈ cf1 = const phụ tải Mc = const, mà làm việc, mômen M ≈ KI2cos = Mc = const Vậy tăng f1 > f1đm làm cho  giảm, dẫn đến dòng I2 tăng, nghĩa động bị q tải dịng, bị phát nóng làm xấu chế độ làm việc động bị cháy 3.5.5.2 Quy luật điều chỉnh điện áp stato thay đổi tần số: Trên hình 3-18, xác định khả tải mômen thay đổi tần số stato động cơ: f1 < f1đm  Đối với hệ dùng biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả tải mômen không đổi phạm vi điều chỉnh tốc độ Mc() đm ođm U1đm, f1đm  o u1, f1 Mc Mcđm Mth Mthđm M Hình 3-18: Xác định khả tải mômen Nghĩa là: = 𝑀𝑡ℎ 𝑀 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (3-86) Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato (R1 = 0) từ (3-51): 𝑀𝑡ℎ = 𝑈12 2.𝜔𝑜 𝑋𝑛𝑚 = 𝑈12 2𝜋𝑓1 2∙ ∙𝜔𝐿𝑛𝑚 𝑝1 ≈𝑘 𝑈12 𝑓12 (3-87) Trong đó, coi: Xnm = L;   o = 2f1/p Quan hệ Mc = f(): 𝑀𝑐 = 𝑀𝑐.đ𝑚 ( Trong đó: 𝑞 𝜔 𝜔đ𝑚 ) ≈ 𝐴( 𝑓1 𝑓1đ𝑚 ) 𝑞 (3-88) q = -1, 0, 1, Theo (3-86), (3-87), (3-88) ta có: 𝑈1 𝑓1 Suy ra: = 𝑈1 𝑈1đ𝑚 𝑈1đ𝑚 𝑓1đ𝑚 =( √( 𝑓1 𝑓1đ𝑚 𝑓1 𝑓1đ𝑚 ) Trang 109 ) 𝑞 𝑞 (3-89) (1+ ) (3-90) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Với: q = -1, 0, 1, 2; Hay dạng tương đối: 𝑢1∗ Với: q = -1, 0, 1, 𝑞 ∗(1+ ) = 𝑓1 (3-91) Như vậy, thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ động KĐB, ta phải thay đổi điện áp cho đảm bảo điều kiện (3-86), phụ thuộc vào dạng phụ tải Trang 110 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện CÂU HỎI ÔN TẬP (Chương 3) Có tiêu chất lượng dùng để đánh giá phương pháp điều chỉnh tốc độ động ? Nêu định nghĩa trình bày ý nghĩa tiêu Phân tích ý nghĩa việc điều chỉnh tốc độ điều chỉnh dòng điện (hoặc mômen), nêu yêu cầu thực tế việc điều chỉnh thông số ? Những tiêu cần đạt việc điều chỉnh thông số ? Từ biểu thức ta rút nhận xét chung phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều? Những phương pháp xem có hiệu ? Trình bày nguyên lý điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi điện trở phụ phần ứng Phân tích tiêu chất lượng phương pháp Trình bày nguyên lý điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi từ thơng kích từ Phân tích tiêu chất lượng phương pháp Trình bày nguyên lý điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi điện áp phần ứng Phân tích tiêu chất lượng phương pháp Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ “Bộ biến đổi - Động chiều” có điều chỉnh tốc độ tự động vịng kín dùng phản hồi dương dịng điện Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ “Bộ biến đổi - Động chiều” có điều chỉnh tốc độ tự động vịng kín dùng phản hồi âm điện áp Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ “Bộ biến đổi - Động chiều” có điều chỉnh tốc độ tự động vịng kín dùng phản hồi âm tốc độ 10 Hãy trình bày hoạt động sơ đồ nguyên lý hệ “Bộ biến đổi - Động chiều” có phản hồi âm dịng điện có ngắt cách tạo đặc tính máy xúc 11 Trình bày ngun lý điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi điện trở phụ mạch rơto Phân tích tiêu chất lượng phương pháp 12 Trình bày nguyên lý điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi điện áp stato Phân tích tiêu chất lượng phương pháp 13 Trình bày nguyên lý điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi số đơi cực stato Phân tích tiêu chất lượng phương pháp 14 Đặc điểm làm việc động không đồng cung cấp điện áp tần số định mức, thay đổi tần số khác với định mức ? Từ thông động thay đổi tần số nhỏ lớn tần số định mức ? 15 Phân tích phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi tần số stato ? Tại thay đổi tần số người ta thường kết hợp điều chỉnh điện áp stato ? Trang 111