Trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá của đất nước, Truyền động điện giữ một vai trò quan trọng trong các dây truyền sản xuất để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Trong trường học thì Truyền động điện là môn học đặc biệt quan trọng với ngành điện khí hoá và cơ điện mỏ. Nó giúp cho sinh viên hiểu được rõ bản chất truyền động, cơ, điện, từ động cơ một chiều và xoay chiều, các đặc tính, các chế độ làm việc của động cơ.
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá của đất nước, Truyền động điệngiữ một vai trò quan trọng trong các dây truyền sản xuất để nâng cao năng suất vàchất lượng sản phẩm
Trong trường học thì Truyền động điện là môn học đặc biệt quan trọng vớingành điện khí hoá và cơ điện mỏ Nó giúp cho sinh viên hiểu được rõ bản chấttruyền động, cơ, điện, từ động cơ một chiều và xoay chiều, các đặc tính, các chế độlàm việc của động cơ
Đề tài “Thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập” vớinhiều nội dung phong phú đã giúp cho em có thể hiểu sâu hơn về môn học Truyềnđộng điện, sau khi thiết kế đồ án bản thân thấy mình vững tin hơn với thực tế sảnxuất Trong suốt quá trình làm đồ án thiết kế em đã nhận được sự hướng dẫn chỉ bảotận tình của thầy Thái Duy Thức, cùng với sự giúp đỡ đóng góp ý kiến hết sức nhiệttình của các bạn bè đồng nghiệp, đến nay bản đồ án đã hoàn thành Song vì kiến thứcbản thân còn nhiều hạn chế và điều kiện tiếp cận thực tế không nhiều nên bản thiết
kế không tránh khỏi những thiếu sót Vậy em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiếnđóng góp và nhận xét của các Thầy giáo cùng các bạn bè đồng nghiệp để bản đồ ánnày được hoàn thiện hơn, đồng thời giúp cho em có thể nâng cao trình độ chuyênmôn và áp dụng được những kiến thức đã học vào thực tế công việc của mình
Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo cùng các bạn đồng nghiệp đã giúp em hoànthành đồ án này!
Quảng Ninh, ngày 22 tháng 05 năm 2009
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hà
Trang 2
Các thông số kỹ thuật cơ bản của phương án thiết kế:
n=29 Thiết kế hệ truyền động điện cho máy công tác có Mc=Mđm của động cơ Biết Mc là loại tác dụng.Các số liệu ban đầu của động cơ:
- Động cơ một chiều kích thích độc lập,
- Điện áp định mức : Uđm = 440 (V);
- Công suất định mức của động cơ: Pđm = 3+n=3+29=32 (kW)=32000 W
- Tốc độ quay của động cơ: n = 1750 (vg/ph);
Trang 3CHƯƠNG 1:
CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ
Trong một hệ thống Truyền động điện tự động, thì động cơ điện là phần tử cóvai trò rất quan trọng, nó làm nhiệm vụ truyền động cho cả hệ thống TĐĐ Do đó,đòi hỏi người thiết kế TĐĐ tự động, phải chọn được một phương án cung cấp điệnphù hợp nhất với động cơ điện của hệ thống, nhằm đảm bảo được các yêu cầu: Cungcấp điện cho động cơ làm việc tin cậy mà vẫn đảm bảo được hiệu quả cao trên cả haiphương diện kinh tế và kỹ thuật
Mặt khác, như ta đã biết Hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp sản xuấtnói chung, được quyết định bởi công suất tiêu thụ của các phụ tải; đặc điểm của xínghiệp và hướng phát triển cung cấp điện nói chung Nói cách khác, trong một phạm
vi hẹp hơn là một hệ thống TĐĐ tự động, thì việc chọn phương án cung cấp điệnphải căn cứ vào trị số công suất của động cơ điện; đặc điểm làm việc của động cơtrong hệ thống Vì vậy, trong chương 1 này sẽ giới thiệu về cách chọn phương án cấpđiện cho động cơ điện một chiều, đáp ứng được các yêu cầu như đề tài đã nêutrên:”Thiết kế bộ điều khiển tốc độ cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập”
1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ
Về lý thuyết để cấp điện một chiều (DC) cho động cơ, thì ta có thể dùng mạchchỉnh lưu 1 pha hoặc 3 pha, có điều khiển hoặc không có điều khiển Tuy nhiên, mộtyêu cầu khác của đề tài đặt ra là phải điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ Việcđiều khiển tốc độ quay của động cơ có thể được thực hiện theo các phương pháp sau:
1.1.1 Cấp điện cho động cơ bằng nguồn một chiều có sẵn
a) Sơ đồ cấu tạo
Trang 4- Rf1; Rf2; Rf3 : Các điện trở phụ được đấu nối tiếp với phần ứng động cơ để hạnchế dòng điện khi khởi động.
- 1K1, 2K1, 3K1: Các tiếp điểm của công tắc tơ để loại dần các điện trở trong quá trình khởi động
- Ư: Phần ứng động cơ
- KTĐL: Cuộn dây kích từ độc lập động cơ
- R: Điện trở phụ để điều chỉnh dòng điện trong cuộn dây kích từ
b) Nguyên lý làm việc
- Cung cấp điện cho cuộn dây kích từ độc lập và phần ứng động cơ, lúc này cáccuộn dây công tắc tơ 1K, 2K, 3Kchưa có điện, các tiếp điểm 1K1, 2K1, 3K1 vẫn mở,toàn bộ điện trở phụ Rf1, Rf2, Rf3 được đấu nối tiếp với phần ứng động cơ Động cơkhởi động với dòng điện khởi động Ikđ = (2 2,5).Iđm Sau đó các tiếp điểm 1K1,2K1, 3K1 lần lượt được đóng lại đảm bảo trong suốt quá trình khởi động động cơ làmviệc với dòng điện:
(1,1 1,2).It Ikđ (2 2,5).IđmTrong đó It : Dòng điện tải
Khi khởi động xong các điện trở phụ Rf1, Rf2, Rf3 được loại ra khỏi phần ứngđộng cơ Động cơ làm việc ổn định với dòng điện Iư = It
- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ có thể sử dụng các phươngpháp:
+ Đấu thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng (như đã trình bày ở trên)
+ Thay đổi từ thông cuộn kích từ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào hai đầucuộn dây kích từ nhờ điện trở đệm hoặc thiết bị điều chỉnh áp một chiều
2K1
1K1
Hình 1.1
Trang 5+ Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ bằng phương pháp điều chỉnh áp mộtchiều nhờ thiết bị điều chỉnh áp một chiều.
- Việc đảo chiều quay động cơ có thể sử dụng các phương pháp : Đảo chiềudòng điện mạch phần ứng hoặc dòng điện mạch kích từ bằng cách dùng cặp công tắc
tơ đảo chiều
c) Ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Ít thiết bị trung gian đi kèm.
- Nhược điểm:
+ Nguồn một chiều có sẵn thường không có nên không ứng dụng rộng rãi
+ Thích hợp cho mỏ hầm lò có sẵn trạm chỉnh lưu nhưng với động cơ công suấtlớn tiết diện dây lớn dẫn đến tốn kém
1.1.2 Cấp điện cho động cơ bằng máy phát điện một chiều (Hệ thống máy phát
- động cơ)
a) Sơ đồ cấu tạo
Trang 6- ĐX: Động cơ xoay chiều truyền chuyển động quay cho máy phát F và máyphát kích thích FK.
- FK: Máy phát tự kích thích cung cấp điện cho kích từ độc lập động cơ Đ, kích
từ độc lập máy phát F và mạch điều khiển
- F: Máy phát cung cấp nguồn một chiều cho động cơ Đ
- Đ: Động cơ một chiều
- KTFK, KTF, KTĐ: Các cuộn dây kích từ của các máy phát và động cơ
- R1, R2, R3: Điện trở điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu cuộn kích từ
- T, L: Các cặp tiếp điểm đảo chiều dòng điện trong cuộn kích từ máy phát F
b) Nguyên lý làm việc
Đóng điện cho động cơ ĐX, động cơ quay lai máy phát F và máy phát FK quay.Máy phát FK phát điện cung cấp điện cho mạch điều khiển và cuộn dây kích từ độclập động cơ KTĐ Lúc này cuộn dây kích từ máy phát KTF chưa có điện nên máyphát F chưa phát điện
1
R2
Hình 1.2
Trang 7Điều khiển đóng các cặp tiếp điểm T hoặc L cuộn dây kích từ máy phát F cóđiện, máy phát F phát điện cung cấp điện cho động cơ Đ Động cơ Đ quay, truyềnchuyển động cho máy công tác
- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặtvào phần ứng động cơ nhờ thay đổi điện áp đặt vào hai đầu cuộn kích từ độc lập máyphát F
- Việc đảo chiều quay động cơ bằng cách đảo chiều điện áp phát ra của máy phát
F nhờ đảo chiều dòng điện kích từ độc lập máy phát thông qua các cặp tiếp điểm T
+ Dễ điều khiển, điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay
+ Khả năng chịu quá tải lớn
1.1.3 Cấp điện cho động cơ bằng chỉnh lưu có điều khiển
a) Sơ đồ cấu tạo (như hình vẽ 1.3)
- Đ: Động cơ một chiều kích từ độc lập
- KTĐL: Cuộn dây kích từ độc lập động cơ
- R: Điện trở điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây kích từ
- T1, T2, T3, T4, T5, T6 : Các thyristor được mắc theo sơ đồ cầu để chỉnh lưunguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ
- D1, D2, D3, D4: Các điốt được mắc theo sơ đồ cầu để chỉnh lưu nguồn xoaychiều thành nguồn một chiều cung cấp cho kích từ độc lập động cơ
Trang 8b) Nguyên lý làm việc
- Đóng điện cho bộ chỉnh lưu dùng điốt, kích từ độc lập của động cơ có điện
- Đóng điện cho bộ chỉnh lưu dùng thyristor lúc này các thyristor chưa mở phầnứng động cơ chưa có điện nên động cơ chưa làm việc
- Phát chùm xung điều khiển vào chân điều khiển của các thyristor, các thyristor
sẽ được mở hoặc đóng theo quy luật phụ thuộc vào quy luật phát xung Xuất hiệndòng một chiều chạy trong phần ứng động cơ làm động cơ quay
- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặtvào phần ứng động cơ nhờ thay đổi góc phát xung
- Việc đảo chiều quay động cơ thường sử dụng các phương pháp :
+ Dùng hai bộ chỉnh lưu cấp điện cho phần ứng động cơ hoặc cấp điện cho kích
T4T6T2
D1D2
D4D3
Trang 9+ Đảo chiều dòng điện phần ứng hoặc đảo chiều dòng điện kích từ độc lập nhờcác cặp tiếp điểm công tắc tơ
+ Việc hãm động cơ thường sử dụng phanh cơ, hãm động năng, hãm đấu ngược,hàm tái sinh với bộ chỉnh lưu có khả năng làm việc ở chế độ nghịch lưu
c) Ưu, nhược điểm
+ Giá thành đắt, đặc biệt đối với động cơ có công suất lớn
+ Đòi hỏi người công nhân vận hành, sửa chữa phải có tay nghề cao
Tóm lại: Với công suất động cơ mà đề tài yêu cầu thiết kế là Pđm = 32 kW thìchọn phương án cung cấp điện dùng chỉnh lưu có điều khiển là hợp lý nhất, sơ đồtổng quát như hình 1.4:
Trang 10Nếu dùng chỉnh lưu cho cuộn kích từ thì tải của nó là (L - R), để thuận tiệncho việc điều khiển; chi phí đầu tư ban đầu thấp, ta sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 2 phabán điều khiển, có sơ đồ như hình vẽ 1.5:
Hình 1.5
Với cách bố trí như trên, thì ta có thể điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ
Đ, bằng cách thay đổi điện áp một chiều (UDC) cấp vào cuộn kích từ, nghĩa là có thểđiều chỉnh tốc độ quay của động cơ khác so với tốc độ cơ sở (tốc độ nằm trên đườngđặc tính tự nhiên) Vì vậy, nếu điều chỉnh hợp lý điện áp cấp vào phần ứng và điện
áp cấp vào cuộn kích từ, thì hệ thống có thể điều chỉnh tốc độ theo cả hai hướng(hướng trên và hướng dưới so với tốc độ cơ sở, với các tải biến đổi theo quy luậthypebol) Đây là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng mà một hệ thống TĐĐ tự độngcần đạt được
1.3 PHƯƠNG PHÁP ĐỔI CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ
Để đảo chiều quay của động cơ trong hệ thống CL - Đ, người ta có thể dùngmột trong các phương án sau:
k
U
B
I kt
Trang 111.3.1 Đảo chiều cực tính điện áp đấu vào phần ứng của động cơ, bằng cách sử dụng cầu tiếp điểm
Người ta sử dụng hai Công-tắc-tor, để điều khiển cho động cơ quay thuận (T)
và quay ngược (N), sơ đồ nguyên lý như hình vẽ 1.6:
§
T N
1
2
B BA
và tiếp điểm T để trở về (-) nguồn Tương tự, với trường hợp muốn động cơ quay
theo chiều ngược lại, các tiếp điểm N - N được đóng lại; các tiếp điểm T - T mở ra,dòng điện qua phần ứng sẽ đảo chiều, động cơ quay theo chiều ngược lại
Nhược điểm của phương pháp là kích thước cồng kềnh; các tiếp điểm thườngxuyên phải đóng - mở, vì vậy với các động cơ công suất lớn dòng điện làm việc cógiá trị lớn, làm cho các tiếp điểm nhanh bị phá hỏng; đặc biệt là khó đảm bảo an toànvới các môi trường có tính chất dễ cháy nổ như: dầu khí hay khai thác mỏ hầm lò
Trang 121.3.2 Đảo chiều cực tính điện áp đấu vào phần ứng động cơ, bằng cách sử dụng hai bộ biến đổi
Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi B1 và B2 , đấu song song với nhau thông qua cáccuộn kháng cân bằng L1 và L2 ( hình vẽ_1.7) Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế
độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu Hai bộ biến đổi B1 và B2 làm việc độc lập, khi bộ biếnđổi này được cấp xung điều khiển để làm việc ở chế độ chỉnh lưu, thì bộ kia làm việc
ở chế độ nghịch lưu đợi
Nếu gọi 1 là góc mở đối với bộ B1; 2 là góc mở đối với bộ B2, thì sự phốihợp giá trị 1 và 2 phải thực hiện theo quan hệ:
1 + 2 = 1800
Sự phối hợp này gọi là sự phối hợp tuyến tính
Giả sử cần động cơ quay thuận, ta cho B1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, nghĩa là
1 = 0 900 , Ud1 > 0; còn 2 > 900 , B2 làm việc ở chế độ nghịch lưu Ud.2 < 0 Trị sốcho phép (khoảng cho phép điều chỉnh) của góc mở 1 và 2, được tính toán cụ thể ởphần sau:
Ud.1 = U0 Cos1 > 0;
Ud.2 = U0 Cos2 < 0
Cả hai điện áp đều đặt lên phần ứng của động cơ Đ, động cơ sẽ quay theo chiềuthuận (chiều tác dụng của S.đ.đ Ud.1), vì các Tiristor ở bộ B2 không thể cho dòngchạy từ Katốt về Anốt
Trang 13Nếu cho điện áp điều khiển Uđk < 0 , thì B2 sẽ làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn
B1 sẽ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại,
để thực hiện đảo chiều
Đặc điểm của chế độ đảo dòng như đã trình bày trên là: làm xuất hiện một dòngđiện lúc thì chạy từ B1 sang B2, lúc thì chạy từ B2 vào B1 mà không qua mạch động
cơ Người ta gọi nó là “dòng điện tuần hoàn”
Dòng điện tuần hoàn làm cho máy biến áp và các Tiristor làm việc nặng nềhơn Vì vậy, để hạn chế dòng điện tuần hoàn người ta dùng các điện cảm L1 và L2,như trên hình vẽ _1.7
Nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư cao nhưng ngược lại nó có
ưu điểm đó là: làm việc tin cậy, kích thước nhỏ gọn, thời gian đảo chiều ngắn, khôngphát sinh tia lửa trong quá trình điều khiển nên an toàn với các môi trường dễ cháy
nổ như dầu khí hoặc khai thác mỏ hầm lò
1.3.3 Đảo chiều cực tính điện áp đấu vào cuộn kích từ bằng cách sử dụng hai
bộ biến đổi
Trang 14Sơ đồ nguyên lý của phương án này như hình 1.8
Ưu điểm của phương pháp đổi chiều quay này là trị số dòng điện qua các bộ CLnhỏ vì nó chỉ là dòng kích từ nên việc lựa chọn các linh kiện bán dẫn cũng dễ dàng
và giá thành hạ hơn Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp là với các tải
có quán tính lớn, thì thời gian đảo chiều dài (thời gian trễ lớn), mặt khác ta phải sửdụng 3 bộ chỉnh lưu có điều khiển nên sẽ phức tạp trong đấu nối và sửa chữa
Tóm lại: Qua việc phân tích ưu - nhược điểm của từng sơ đồ, trong các
phương án trên ta thấy: áp dụng phương án 1.3.2 cho đề tài là hợp lý hơn cả, thoảmãn được các yêu cầu đặt ra là: điều chỉnh tốc độ theo cả hai hướng trên - dưới, đảochiều quay của động cơ với thời gian đảo chiều ngắn, có thể thực hiện hãm tái sinh
để trả năng lượng về nguồn khi động cơ làm việc ở chế độ hãm và chế độ điều chỉnhgiảm tốc độ, chi phí đầu tư cho lắp đặt và vận hành thấp, đặc biệt là có thể làm việc
an toàn trong các môi trường dễ cháy nổ, vì không phát sinh tia lửa trong qua trìnhđiều khiển
Trang 15CHƯƠNG 2 PHƯƠNG ÁN KHỞI ĐỘNG, HÃM VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ
2.1 PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
Từ phương trình cân bằng áp U = E + Iư R , ta dễ dàng suy ra được dòng làmviệc của động cơ, khi làm việc ở chế độ động cơ là:
Trang 16I ư =
u
K U R
2.1.1 Khởi động động cơ dùng các điện trở phụ
Trang 17Khi bắt đầu khởi động, tiếp điểm các Công tắc tơ gia tốc 1G, 2G, 3G, 4G được
mở Người vận hành ấn nút khởi động trên mạch điều khiển, tiếp điểm M được đónglại, động cơ khởi động với toàn bộ các cấp điện trở phụ:
(Rf = Rư +Rf1 + Rf2 + Rf3 + Rf4)
Dòng khởi động ban đầu là:
I 1 =
f u
dm R R
U
< (22,5) Iđm
Động cơ bắt đầu khởi động tại điểm 1, tốc độ tăng dần đến điểm 2 có dòngđiện là I2, tại thời điểm đó tiếp điểm 1G đóng lại sẽ loại cấp điện trở phụ thứ nhất ra.Động cơ chuyển sang khởi động trên đường đặc tính mới tại điểm 3 và dòng là I1;điện trở lúc này còn lại là : Rư + Rf2 + Rf3 + Rf4 Quá trình tương tự như vậy cho đếnkhi cấp điện trở phụ cuối cùng được loại ra, động cơ chuyển sang khởi động trênđường đặc tính tự nhiên tại điểm 9 Sau đó tiếp tục tăng tốc về làm việc cân bằng tạiđiểm F, quá trình khởi động kết thúc
Trên thực tế, trước đây phương pháp này được dùng nhiều, nhưng hiện nayvới sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của điện tử công suất, thì phương pháp này lại ítđược sử dụng Vì nó gây ra tổn hao năng lượng trong quá trình điều chỉnh, kíchthước thiết bị cồng kềnh, các tiếp điểm điện thường xuyên đóng - mở nên tuổi thọkhông cao
2.1.2 Khởi động động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp nguồn
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển, như trênhình vẽ 2.2:
Trang 180 0 0
Nguyên lý làm việc của chỉnh lưu như sau: Giả sử cấp xung điều khiển lệchmột góc so với điểm mở tự nhiên, nên tại thời điểm 1 = (/6 + ), ta cấp xungđiều khiển cho T1 ( Anốt của T1 có thế dương nhất), nên T1 mở, dòng điện từ pha A
T1 Tải T6 về pha B, quá trình này kéo dài đến 2 , với lý luận tương tựdựa vào sơ đồ ta có:
+ Từ ( /6 + ) < < ( 3/6 + ) các Thyritor T , T dẫn dòng;
Trang 19- Để đảm bảo cho điện áp chỉnh lưu trung bình Ud Uđm = 440 V, thì góc mở
min phải thoả mãn: 2,34 U2 cosmin = 440 min = 64,7 0
- Mặt khác giá trị điện áp cung cấp cho động cơ, phải đảm bảo:
Ukđ < Uđm và Ikđ < (2 2,5) Iđm, nếu coi mạch phần ứng chỉ có Rư thì :Ta có:
dm u
R
U
2
Ukđ = 2 Iđm Rư = 2 72,73.1,946 = 283 ,V
Suy ra: Ukđ = 2,34 U2 cosmax = 283 max = 74 0 Vậy khoảng giới hạn góc
điều chỉnh là:
Trang 20 = ( 64,7 0 74 0 )
2.2 PHƯƠNG PHÁP HÃM ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ
Hãm điện của động cơ là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược lạivới chiều tốc độ góc Trong tất cả các chế độ hãm, động cơ đều làm việc ở chế độhãm Với động cơ một chiều kích từ độc lập có ba trạng thía hãm: Hãm tái sinh, hãmđấu ngược và hãm động năng
2.2.1 Hãm đấu ngược
Hãm đấu ngược xảy ra khi động cơ được đấu để quay theo một chiều nhấtđịnh, nhưng trên thực tế (trong quá trình làm việc) động cơ quay theo chiều ngượclại, do tác dụng của quán tính hoặc do tác dụng mômen cản của các tải có tính chấtthế năng
Với tải có tính chất thế năng, hãm đấu ngược có thể xảy ra trong trường hợpđấu điện trở phụ đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơ
Giả sử động cơ đang làm việc ổn
định tại điểm A ở trạng thái nâng tải (Hình
2.3), nếu đưa điện trở phụ đủ lớn vào mạch
phần ứng, sao cho Mn.m < MC , động cơ sẽ
chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc
tính biến trở Tại B, do mômen động cơ
sinh ra nhỏ hơn mômen cản nên tốc độ
C động cơ dừng lại (c 0) Nhưng do tác
động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại, tăng tốc và làm việc ổn định tại điểm D (tại đây mômen M đc = M C ).
Trang 21Ở trường hợp này động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện,biến điện năng nhận từ lưới và cơ năng trên trục động cơ thành nhiệt năng đốt nóngđiện trở hãm và mạch phần ứng, làm cho điện trở hãm và động cơ bị nóng lên Vớicác động cơ có công suất lớn, thường xuyên phải thực hiện quá trình hãm, thì lượngnhiệt toả ra là rất lớn, làm già hoá cách điện của dây quấn động cơ; làm quá nhiệtđiện trở hãm, gây nguy hiểm với các môi trường dễ cháy nổ (như dầu khí hoặc khaithác mở hầm lò).
+) Hãm động năng kích từ độc lập: phương pháp hãm này được thực hiện bằng
cách cắt phần ứng của động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm; cònmạch kích từ vẫn được nối vào nguồn như cũ Sơ đồ và đặc tính như
hình vẽ _ 2.4
Độ cứng của các đường dặc tính phụ thuộc vào trị số Rh, nếu Rh càng nhỏ thì
đặc tính càng cứng, mômen hãm càng lớn, hãm càng nhanh Tuy nhiên phải chọn Rhsao cho dòng điện hãm ban đầu nằm trong phạm vi cho phép của máy điện có thểchịu nổi: Ihđ = (2 2,5).Iđm Trên hình _2.4 vẽ hai đặc tính ứng với hai giá trị khácnhau của điện trở hãm là Rh1 và Rh2 (với Rh1 > Rh2)
Quá trình hãm x y ra nh sau: Gi s trảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn ư sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn ử trước đó động cơ đang làm việc ổn ư sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổnớc đó động cơ đang làm việc ổn đó động cơ đang làm việc ổn đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổnc ó ng c ang l m vi c nơ đang làm việc ổn đó động cơ đang làm việc ổn àm việc ổn ệc ổn ổn
nh t i i m A, ch ng c Khi th c hi n hãm ng n ng kích t c
đó động cơ đang làm việc ổn đó động cơ đang làm việc ổn ở chế độ động cơ Khi thực hiện hãm động năng kích từ độc ế độ động cơ Khi thực hiện hãm động năng kích từ độc đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổn đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổn ơ đang làm việc ổn ực hiện hãm động năng kích từ độc ệc ổn đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổn ăng kích từ độc ừ độc đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổn
l p thì i m l m vi c c a đó động cơ đang làm việc ổn àm việc ổn ệc ổn ủa động cơ sẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C trên đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổnng c s chuy n r i ơ đang làm việc ổn ẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C trên ời đến điểm B hoặc C trên đó động cơ đang làm việc ổnế độ động cơ Khi thực hiện hãm động năng kích từ độc đó động cơ đang làm việc ổnn i m B ho c C trênặc C trên
Trang 22ng c tính hãm ( i m l m vi c có th l i m B ho c C còn tu thu c v o
đó động cơ đang làm việc ổnư sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổnời đến điểm B hoặc C trên đó động cơ đang làm việc ổnặc C trên đó động cơ đang làm việc ổn àm việc ổn ệc ổn àm việc ổn đó động cơ đang làm việc ổn ặc C trên ỳ thuộc vào ộng cơ đang làm việc ổn àm việc ổngiá tr c a i n tr hãm) Sau ó ủa động cơ sẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C trên đó động cơ đang làm việc ổn ệc ổn ở chế độ động cơ Khi thực hiện hãm động năng kích từ độc đó động cơ đang làm việc ổn đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổnng c s chuy n ơ đang làm việc ổn ẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C trên đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổnng ch m d n, theo ần, theo đặc đó động cơ đang làm việc ổnặc C trênctính hãm B0 ho c C0 v d ng l i t i i m 0 n u t i có tính ch t ph n kháng.ặc C trên àm việc ổn ừ độc đó động cơ đang làm việc ổn ế độ động cơ Khi thực hiện hãm động năng kích từ độc ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn ất phản kháng ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn
N u t i có tính ch t tác d ng m mu n d ng t i 0 thì ph i k t h p v i phanh cế độ động cơ Khi thực hiện hãm động năng kích từ độc ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn ất phản kháng ụng mà muốn dừng tại 0 thì phải kết hợp với phanh cơ àm việc ổn ốn dừng tại 0 thì phải kết hợp với phanh cơ ừ độc ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn ế độ động cơ Khi thực hiện hãm động năng kích từ độc ợp với phanh cơ ớc đó động cơ đang làm việc ổn ơ đang làm việc ổnkhí, n u không ế độ động cơ Khi thực hiện hãm động năng kích từ độc đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổnng c s quay theo chi u ngơ đang làm việc ổn ẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C trên ều ngược lại và làm việc ổn định tại B’ ư sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổnợp với phanh cơc l i v l m vi c n àm việc ổn àm việc ổn ệc ổn ổn đó động cơ đang làm việc ổnnh t i B’
+) Hãm động năng kích từ tự kích: Như ta đã thấy ở trên, nếu mất điện lưới
thì không thể thực hiện hãm động năng kích từ tự kích được Để khắc phục nhượcđiểm này người ta sử dụnghãm động năng kích từ tự kích Hãm động năng kích từ tựkích xảy ra khi cắt cả mạch phần ứng và mạch kích từ ra khỏi lưới điện, sau đó đóng
cả vào một điện trở hãm Nhưng quá trình thao tác trên phải giữ cho chiều dòng kích
từ không đổi
2.2.3 Hãm tái sinh (hãm trả năng lượng về nguồn)
Xét động cơ một chiều truyền động cho một cơ cấu nâng hạ (hình 2.5) Giảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn
s ử trước đó động cơ đang làm việc ổn đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổnng c ang l m vi c n ơ đang làm việc ổn đó động cơ đang làm việc ổn àm việc ổn ệc ổn ổn đó động cơ đang làm việc ổn nh t i i m A, trên đó động cơ đang làm việc ổn đó động cơ đang làm việc ổnặc C trênc tính c t nhiên, mômenơ đang làm việc ổn ực hiện hãm động năng kích từ độc
c n tác d ng lên tr c ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn ụng mà muốn dừng tại 0 thì phải kết hợp với phanh cơ ụng mà muốn dừng tại 0 thì phải kết hợp với phanh cơ đó động cơ đang làm việc ổnộng cơ đang làm việc ổnng c chính l t i tr ng nhân v i bán kính tang qu nơ đang làm việc ổn àm việc ổn ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn ọng nhân với bán kính tang quấn ớc đó động cơ đang làm việc ổn ất phản kháng.cáp
Trang 23Khi giảm MC trên trục động cơ, tốc độ động cơ tăng lên Khi giảm MC = 0 thì
khi đó tốc độ động cơ bằng tốc độ không tải lý tưởng = 0 = k U. , khi đó sức
điện động do động cơ sinh ra bằng với điện áp nguồn cung cấp:
E = U = k. 0 , điểm làm việc tại B
Tại thời điểm = 0 mà đổi chiều tác dụng của mômen cản M C, thì động cơtiếp tục tăng tốc và làm việc ổn định tại điểm A’ , S.đ.đ khi đó là:
E = k. B > U
Nên: I ư = I h = U k.E < 0, nghĩa là dòng đi từ động cơ trả về nguồn Khi đó
mômen M C = k. I h < 0 sẽ đổi dấu, chiều tác dụng sẽ ngược với chiều quay của
động cơ Mônmen động cơ đổi chiều thành mômen hãm
Hãm tái sinh là chế độ hãm kinh tế vì nó trả năng lượng về nguồn, điều kiện
để có hãm tái sinh là > 0 Trong
thực tế hãm tái sinh xảy ra trong hai
trường hợp :
+) Chuyển tốc độ từ cao sang
thấp của phương pháp điều chỉnh điện
áp: điểm làm việc A sẽ chuyển sang
Trang 24điểm làm việc tại B1, nếu MC không đổi thì động cơ giảm dần tốc độ và làm việc ổnđịnh tại điểm A’ Tại B động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh Vậy ở chế độ hãmtái sinh thì ngay cả khi điều chỉnh tốc độ (bằng cách thay đổi điện áp) cũng thực hiệnđược quá trình hãm trả nănng lượng về nguồn
Để thực hiện hãm dừng tải trong quá trình nâng - hạ, ta điều chỉnh giảm điện
áp cấp vào phần ứng của động cơ, sao cho đường đặc tính như đoạn Bn D Tại điểm
D tốc độ động cơ = 0, muốn dừng lại phải kết hợp với phanh cơ khí
+) Chế độ thả tải ở các cơ cấu nâng hạ, các trục tải cỡ lớn, cơ cấu ra vào và dichuyển ở các máy xúc điện có sử dụng TĐĐ một chiều
2.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Để thay đổi tốc độ động cơ, ta có thể
thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay
đổi điện áp đặt vào cuộn kích từ, để thay đổi từ
thông chính Việc điều chỉnh điện áp hoặc điều
chỉnh từ thông, đều phải đảm bảo: Uđc < Uđm và
đc < đm để đảm bảo cho động cơ không bị phá
hỏng Tuy nhiên, việc thay đổi trị số dòng điện
kích từ để thay đổi tốc độ có thời gian trễ điều
khiển lớn, đặc biệt là với tải có quán tính lớn Vì vậy, phần này trình bày việc điềukhiển tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng
Giá trị trung bình của S.đ.đ chỉnh lưu (Ed) là: Hình 2.7