Bài giảng cơ sở truyền động điện chương 3

KHOA ĐIỆN BỘ MƠN: TỰ ĐỘNG HỐ ThS KHƯƠNG CƠNG MINH BÀI GIẢNG CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đà nẵng 2021 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG: Chương cho ta thấy, đặt hai đường đặc tính M() Mc() lên hệ trục tọa độ, ta xác định trạng thái làm việc động hệ (xem hình 1-2 hình 1-3): trạng thái xác lập M = Mc ứng với giao điểm hai đường đặc tính M() Mc(); trạng thái độ M  Mc vùng có   xl ; trạng thái động thuộc góc phần tư thứ thứ ba; trạng thái hãm thuộc góc phần tư thứ hai thứ tư Khi phân tích hệ truyền động, ta thường coi máy sản xuất cho trước, nghĩa coi biết trước đặc tính Mc() C2-1 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG: • Vậy muốn tìm kiếm trạng thái làm việc với thông số yêu cầu tốc độ, mơmen, dịng điện động v.v ta phải tạo đặc tính động tương ứng • Muốn 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 cho điều khiển động cho có trạng thái làm việc theo yêu cầu công nghệ • Mỗi động có đặc tính tự nhiên xác định số liệu định mức Trong nhiều trường hợp ta coi đặc tính loạt số liệu cho trước C2-1 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG: • Mặt khác có vơ số 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 số có ảnh hưởng đến hình dáng vị trí đặc tính cơ, coi thơng số điều khiển động cơ, tương ứng phương pháp tạo đặc tính nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh • Phương trình đặc tính động điện viết theo dạng quan hệ thuận M = f() hay dạng ngược  = f(M) C2-1 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP (ĐMđl): • 2.2.1a Sơ đồ nối dây ĐMđl: + Ukt Ikt Rktf Ckt Rưf E Iư + Uư - Hình 2-1: a) Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập C2-1 • Động điện chiều kích từ độc lập (ĐMđl): nguồn chiều cấp cho phần ứng cấp cho kích từ độc lập CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP (ĐMđl): • 2.2.1b Sơ đồ nối dây động chiều kích từ song song (ĐMss): • Khi nguồn chiều + U có cơng suất vơ lớn điện áp khơng R ktf Ckt đổi mắc kích Ikt từ song song với phần Rưf ứng, lúc động E gọi động Iư điện chiều kích từ song song (ĐMss) Hình 2-1: b) Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ song song C2-1 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP (ĐMđl): • 2.2.1c Sơ đồ nối dây ĐMđl ĐMss: + Uư - + U Rưf Iư E Ikt Ckt - Rktf Ckt Ikt + Rktf Ukt a) Rưf E - Iư b) Hình 2-1: a) Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập b) Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ song song C2-1 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP (ĐMđl): • 2.2.2 Các thơng số ĐMđl: • Các thơng số định mức: • nđm(vịng/phút); đm(Rad/sec); Mđm(N.m hay KG.m); đm(Wb); fđm(Hz); Pđm(KW); Uđm(V); Iđm(A); • Các thơng số tính theo hệ đơn vị khác: • * = /đm ; M* = M/Mđm ; I* = I/Iđm; * = /đm; • R* = R/Rđm; Rcb = Uđm/Iđm,; • % = (/đm)*100% ; M% = (M/Mđm)*100%; • I% = (I/Iđm)*100% ; C2-1 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP (ĐMđl): • 2.2.3a Phương trình đặc tính - điện ĐMđl: • Theo sơ đồ hình 2-1a hình 2-1b, viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: • Uư = E + (Rư + Rưf).Iư (2-1) •Trong đó: Uư điện áp phần ứng động cơ, (V) • E sức điện động phần ứng động (V) p.N E=      K   2a p.N K 2a • Hoặc: C2-1 (2-2) Là hệ số kết cấu động E = Ke.n 2n n • Và:    60 9,55 • Vậy: Ke = K/9,55 = 0,105.K (2-3) (2-4) (2-5) 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP (ĐMđl): • 2.2.3a Phương trình đặc tính - điện ĐMđl: • Rư điện trở mạch phần ứng, Rư = rư + rctf + rctb + rtx , () • Trong đó: rư điện trở cuộn dây phần ứng động () • Rctf điện trở cuộn dây cực từ phụ động () • Rctb điện trở cuộn dây cực từ bù động () • Rtx điện trở tiếp xúc chổi than với cổ góp động () • Rưf điện trở phụ mạch phần ứng • Iư dịng điện phần ứng • Từ (2-1) (2-2) ta có phương trình đặc tính - điện ĐMđl :  C2-1 U ö R ö + R öf  Iö K K (2-6) 10 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐMđl: 2.2.3b Phương trình đặc tính ĐMđl: • Khi  = 0, ta có: • Và: Iư  M  I nm R ö  R öf (2-24) Uö  K  I nm  K  M nm R  R ưf (2-25) • Trong đó: Inm - gọi dịng điện (phần ứng) ngắn mạch • Mnm - gọi mơmen ngắn mạch • Từ (2-7) ta xác định độ cứng đặc tính : dM (K)2   d R ö  R öf (2-26) • Đối với đặc tính tự nhiên: C2-1 (Kđm )2  tn   Rư (2-27),   * R* tn (2-28) 18 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐMđl: • 2.2.4 Khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • 2.2.4.1 Đặt vấn đề khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • + Nếu khởi động động ĐMđl phương pháp đóng trực tiếp dịng khởi động ban đầu lớn: • Ikđbđ = Uđm/Rư  (10  20).Iđm • đốt nóng động cơ, làm cho chuyển mạch khó khăn, sinh lực điện động lớn làm phá hủy trình học máy C2-1 19 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐMđl: • 2.2.4 Khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • 2.2.4.1 Đặt vấn đề khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • + Để đảm bảo an toàn cho máy, thường chọn: • Ikđbđ = Inm  Icp = 2,5.Iđm (2-30) • + Muốn thế, người ta thường đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng bắt đầu khởi động, sau loại dần chúng để tốc độ động tăng dần lên xác lập I 'kñbñ  I 'nm  C2-1 U ñm = (22,5).Iđm  Icp = 2,5.Iđm R ö  R öf (2-31) 20 • 2.2.4.2 Xây dựng đặc tính khởi động ĐMđl với m cấp: • * Xây dựng đặc tính - điện khởi động ĐMđl với m cấp: • - Giả sử khởi động với m = cấp điện trở phụ: • + Từ thông số định mức (Pđm; Uđm; Iđm; nđm, ) thông số tải (Ic; Mc; ), số cấp khởi động m, ta vẽ đặc tính tự nhiên (TN) + - Uư Ckt Rktf  đm o XL TN Ikt K2 K1 E Iư C2-1 Rưf2 Rưf1 Iđm b) a) Hình 2-3: a) Sơ đồ nối dây ĐMđl khởi động cấp, m = b) Xây dựng đặc tính tự nhiên ĐMđl Iư 21 • 2.2.4.2 Xây dựng đặc tính khởi động ĐMđl với m cấp: • • • • * Xây dựng đặc tính - điện khởi động ĐMđl với m cấp: + Xây dựng đặc tính nhân tạo: - Chọn dòng điện khởi động lớn nhất: Imax = I1 = (22,5)Iđm - Chọn dòng điện khởi động nhỏ nhất: Imin = I2 = (1,11,3)Ic + - Uư Ckt  o Rktf XL 2 Ikt K2 K1 Rưf2 Rưf1 a) C2-1 TN e d 1 b E Iư h (2) c (1) a Ic I2 I1 Iư b) Hình 2-3: a) Sơ đồ nối dây ĐMđl khởi động cấp, m = b) Các đặc tính khởi động ĐMđl, m = 22 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐMđl: • 2.2.4 Khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • 2.2.4.3 Tính điện trở khởi động: • a) Phương pháp đồ thị: • Dựa vào biểu thức độ sụt tốc độ  đặc tính ứng với giá trị dịng điện (ví dụ I1 ) ta có: TN  • Rút ra: R ưf  Rư I1; K NT  R ö  R öf I1 K NT  TN Rư ; TN (2-32) (2-33) • Tính điện trở khởi động cấp: • Rưf i = Rưf (i) – Rưf (i+1) (2-34) • Trong đó: Rưf (i) tổng điện trở phụ đường thứ i C2-1 23 • 2.2.4 Khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • 2.2.4.3 Tính điện trở khởi động: • a) Phương pháp đồ thị: • Tổng điện trở phụ đặc tính (1): R ưf (1)  he ae  Rö  Rö ; he he • Tổng điện trở phụ đặc tính (2): R öf (2) hc  he ce  Rö  Rư ; he he • Tính điện trở khởi động cấp 1: R öf1  R öf (1)  R öf (2)  o 2 1 XL h TN e d b (2) c (1) a ae  ce ac  Rư  Rư ; he he • Và điện trở khởi động cấp 2: ce R öf  R öf (2)   Rö ; C2-1 he Ic I2 I1 Iư Hình 2-3b 24 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐMđl: • 2.2.4 Khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • 2.2.4.3 Tính điện trở khởi động: • b) Phương pháp giải tích: • Giả thiết động khởi động với m cấp điện trở phụ • Đặc tính khởi động dốc đường (1) có tổng điện trở R1 = Rư + Rưf (1) , • Sau đến cấp 2, cấp 3, cấp m, • Cuối đặc tính - điện tự nhiên (hình 2-3b) C2-1  o 2 1 XL h TN e d b (2) c (1) a Ic I2 I1 Iư Hình 2-3b 25 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐMđl: • 2.2.4 Khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • 2.2.4.3 Tính điện trở khởi động: • b) Phương pháp giải tích: • Điện trở tổng ứng với đặc tính - điện: • R1 = Rư + Rưf (1) • = Rư + (Rưf + Rưf + + Rưf m) • • • • • R2 = Rư + Rưf (2) = Rư + (Rưf + + Rưf m-1) Rm-1 = Rư + (Rưf m-1 + Rưf m) Rm = Rư + (Rưf m) • RTN = Rư C2-1  o 2 1 XL h TN e d b (2) c (1) a Ic I2 I1 Iư Hình 2-3b 26 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐMđl: • 2.2.4 Khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • 2.2.4.3 Tính điện trở khởi động: • b) Phương pháp giải tích:  • Tại điểm b hình 2-3b ta có: U  E1 I  đm R1 o (2-42) 2 1 • Tại điểm c hình 2-4b ta có: U đm  E1 I1  R2 • Trong q trình khởi động, ta lấy: C2-1 TN e d b (2) c (1) a (2-43) I1   = Const I2 XL h Ic I2 I1 Iư Hình 2-3b (2-44) 27 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐMđl: • 2.2.4 Khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • 2.2.4.3 Tính điện trở khởi động: • b) Phương pháp giải tích: • Vậy: • Rút ra: C2-1 I1 R1 R R m 1 R m       I2 R2 R3 Rm Rö (2-45) R m  R ö   R m 1  R m   R ö    R  R  m 1R ö  R1  R  m R  (2-46) 28 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐMđl: • 2.2.4 Khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • 2.2.4.3 Tính điện trở khởi động: • b) Phương pháp giải tích: • + Nếu cho trước số cấp điện trở khởi động m R1, Rư ta tính bội số dòng điện khởi động: m U U R1  m đm  m 1 đm Rư R I1 R I (2-47) • Trong đó: R1 = Uđm/I1; thay tiếp I1 = .I2 • + Nếu biết , R1, Rư ta xác định số cấp điện trở khởi động: lg(R1 / R ö ) (2-48) m lg  C2-1 29 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐMđl: • 2.2.4 Khởi động động điện chiều kích từ độc lập: • 2.2.4.3 Tính điện trở khởi động: • b) Phương pháp giải tích: • * Trị số cấp khởi động tính sau:   R ưfm 1  R m 1  R m  (  1).R ö    R öf  R  R  m 2 (  1).R ö  R öf  R1  R  m 1 (  1).R ö  R öfm  R m  R ö  (  1).R ö C2-1 (2-49) 30 CÂU HỎI ÔN TẬP (Chương 2) • Có thể biểu diễn phương trình đặc tính động chiều kích từ độc lập dạng ? Hảy viết dạng phương trình ? Giải thích đại lượng phương trình cách xác định đại lượng ? Vẽ dạng đặc tính điện đặc tính ĐMđl ? • Đơn vị tương đối ? Đơn vị tương đối đại lượng điện, động ĐMđl xác định ? Viết phương trình đặc tính dạng đơn vị tương đối ? Ý nghĩa việc sử dụng phương trình dạng đơn vị tương đối ? • Độ cứng đặc tính ĐMđl có biểu thức xác định ? Giá trị tương đối ? Biểu thị quan hệ độ cứng với sai số tốc độ điện trở mạch phần ứng (theo đơn vị tương đối) ? Ý nghĩa độ cứng đặc tính ? C2-1 31 CÂU HỎI ƠN TẬP (Chương 2) • Cách vẽ đặc tính ĐMđl ? Cách xác định đại lượng: Mđm, đm, o, Inm, Mnm, … để vẽ đường đặc tính ? • Có thơng số ảnh hưởng đến dạng đặc tính ĐMđl ? họ đặc tính nhân tạo thay đổi thơng số ? Sơ đồ nối dây, phương trình đặc tính, dạng họ đặc tính nhân tạo, nhận xét ứng dụng chúng ? • Tại khởi động ĐMđl thường phải đóng thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động ? Các dòng điện khởi động lớn nhỏ khởi động ĐMđl thường khống mức ? Vẽ đặc tính khởi động ĐMđl với cấp điện trở khởi động ? C2-1 32