Giáo trình điện - Chương 7: Động cơ điện 1 chiều pdf

Chơng 7 Động cơ điện một chiều 7-1. Đại cơng Nh đã biết ở chơng 5, máy điện một chiều có thể làm việc ở chế độ máy phát khi E > U và ở chế độ động cơ khi E < U. Khi làm việc ở chế độ máy phát chiều của mômen điện từ và chiều của tốc độ quay ngợc nhau, còn dòng điện và s.đ.đ. cùng chiều. Trong chế độ động cơ điện thì mômen và tốc độ cùng chiều, còn dòng điện và s.đ đ. ngợc chiều nhau. Việc chuyển từ chế độ máy phát sang chế độ động cơ xảy ra hoàn toàn tự động không cần thay đổi gì ở mạch nối, cụ thể là khi giảm dòng kích thích khiến cho s.đ.đ. của máy phát E hạ đến mức E < U, dòng trong phần ứng sẽ tự động đổi chiều, năng lợng sẽ chuyển theo chiều ngợc lại và máy phát nghiễm nhiên trở thành động cơ. Động cơ điện một chiều đợc dùng phổ biến trong công nghiệp, giao thông vận tải và nói chung trong những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng (máy cán thép, máy công cụ, ) Cũng nh máy phát, theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều đợc phân thành các loại nh sau: động cơ điện một chiều kích thích độc lập, kích thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp. Sơ đồ nối dây của các loại động cơ này tơng tự nh ở trờng hợp máy phát. ở động cơ kích thích độc lập I = I; ở động cơ kích thích song song và hỗn hợp I = I + I t ; ở động cơ kích thích nối tiếp I = I = I t . Trên thực tế, đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song song hầu nh giống nhau nhng khi cần công suất lớn ngời ta thờng dùng động cơ điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng kích thích thuận lợi và kinh tế hơn mặc dù loại động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên ngoài. Ngoài ra, khác với máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp đợc dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng điện. Trong chơng này chúng ta sẽ nghiên cứu các vấn đề chính của các loại động cơ điện một chiều bao gồm vấn đề mở máy, đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ. 7-2. Mở máy động cơ điện một chiều Để mở máy động cơ điện một chiều đợc tốt cần phải thực hiện đợc những yêu cầu sau đây: 1) Mômen mở máy M mm phải có trị số cao nhất có thể có để hoàn thành quá trình mở máy trong thời gian ngắn nhất. 2) Dòng điện mở máy I mm đợc hạn chế đến mức thấp nhất để dây quấn khỏi bị cháy hoặc ảnh hởng xấu đến đổi chiều. Trong tất cả mọi trờng hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có max , nghĩa là trớc khi đóng động cơ vào nguồn điện, biến trở điều chỉnh dòng kích thích 65 phải ở vị trí ứng với trị số nhỏ nhất để sau khi đóng động cơ vào nguồn động cơ đợc kích thích đến mức tối đa và nh vậy mômen ứng với mỗi trị số của dòng điện I luôn luôn lớn nhất. Ngoài ra phải đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì nếu mạch kích thích bị đứt thì = 0, M = 0, động cơ không quay đợc do đó E = 0 và , , u u R U I = sẽ có trị số rất lớn làm cháy vành góp và dây quấn. Khi mở máy, chiều quay của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào chiều của mômen. Để đổi chiều quay của động cơ (tức đổi chiều mômen) có thể dùng hai phơng pháp: hoặc đổi chiều từ thông (đổi chiều dòng kích thích) hoặc đổi chiều dòng điện trong phần ứng. Điều đó có thể thực hiện đợc bằng cách tráo đổi cách nối đầu dây quấn phần ứng hoặc các đầu dây quấn kích thích trớc lúc mở máy. Vấn đề đổi chiều quay của động cơ điện lúc đang quay về nguyên tắc cũng có thể thực hiện đợc bằng cả hai phơng pháp trên, tuy nhiên trên thực tế chỉ dùng phơng pháp đổi chiều dòng phần ứng I vì nh đã biết dây quấn kích thích có nhiều vòng dây do đó hệ số tự cảm L rất lớn và việc thay đổi chiều dòng điện kích thích dẫn đến sự xuất hiện s.đ.đ. tự cảm rất lớn gây ra quá điện áp đánh thủng cách điện của dây quấn kích thích. Sau đây ta xét các phơng pháp mở máy động cơ điện một chiều. 7.2.1. Mở máy trực tiếp Phơng pháp này đợc thực hiện bằng cách đóng thẳng động cơ điện vào nguồn với U mm = U đm . Nh vậy ngay lúc đầu mở máy rôto cha quay, s.đ.đ. E = 0 và dòng điện phần ứng bằng ,, , , uu u u R U R EU I = = . Vì trong thực tế R * = 0,02 ữ 0,1, nên với điện áp định mức U * = 1 dòng điện I sẽ có trị số rất lớn và bằng (5 ữ 10)I đm . Với dòng điện lớn nh vậy có thể gây nguy hiểm cho động cơ, vì vậy phơng pháp mở máy trực tiếp chỉ đợc áp dụng cho những động cơ điện có công suất vài trăm oát. ở cỡ động cơ này R tơng đối lớn, do đó khi mở máy I (4 ữ 6)I đm . Trong những trờng hợp đặc biệt có thể cho phép mở máy trực tiếp những động cơ có công suất vài kilôoat. 7.2.2. Mở máy bằng biến trở Để hạn chế dòng điện mở máy, tránh gây nguy hiểm cho động cơ ngời ta dùng biến trở mở máy. Biến trở mở máy gồm một số điện trở nối tiếp nhau và mắc nối tiếp với mạch phần ứng (hình 7- 1). Nh vậy trong quá trình mở máy ta có: mmi u i u RR EU I + = , , trong đó i là chỉ số ứng với thứ tự các bậc điện trở. Biến trở mở máy đợc tính sao cho I mm = (1,4 ữ 1,7)I đm đối với các động cơ công suất lớn và I mm = (2,0 ữ 2,5)I đm đối với các động cơ công suất nhỏ. R 2 R 3 66 Hình 7-1 Sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều kích thích song song bằng biến trở - 3 2 M T + 0 1 4 5 I R 4 R 1 R đc a b I t Trớc khi mở máy tay gạt T đặt ở vị trí 0, con trợt của biến trở điều chỉnh ở mạch kích thích đặt ở vị trí b (R đc = 0), động cơ hở mạch. Khi bắt đầu mở máy, đa tay gạt T về vị trí 1, mạch phần ứng bắt đầu xuất hiện dòng điện, cuộn kích thích nhờ cung đồng M nên đợc đặt vào toàn bộ điện áp định mức, do đó đạt giá trị cực đại và không đổi trong suốt quá trình mở máy. Nếu mômen do động cơ sinh ra lớn hơn mômen cản (M > M C ) thì rôto động cơ bắt đầu quay, s.đ.đ. E sẽ tăng tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lên của E làm cho dòng điện I và mômen M giảm theo khiến cho tốc độ quay n của động cơ tăng chậm hơn (hình 7-2). Khi I giảm đến trị số (1,1 ữ 1,3)I đm ta đa tay gạt T sang vị trí 2, vì một bậc điện trở bị loại trừ nên I lập tức tăng đến giới hạn trên của nó, kéo theo M, n và E tăng. Sau đó I và M lại giảm theo quy luật trên. Lần lợt chuyển tay gạt T đến các vị trí 3, 4, 5. Quá trình trên cứ lặp lại cho đến khi n n đm thì R mm cũng đợc loại trừ hoàn toàn và động cơ làm việc với toàn bộ điện áp. Sự biến thiên của I, M và n trong quá trình mở máy đợc trình bày trên hình 7- 2. Từ hình vẽ 7-2 ta thấy mỗi khi một bậc điện trở bị loại trừ, I và M tăng với hằng số thời gian T 0, đó là do hệ số tự cảm của phần ứng rất bé. Trái lại sự giảm của I và M xảy ra chậm hơn vì phụ thuộc vào sự tăng của E hay tốc độ n, nghĩa là phụ thuộc vào hằng số thời gian T cơ rất lớn của cả khối quay. Số bậc điện trở mở máy và trị số của Hình 7- 2 Quan hệ I, M và n đối với thời gian t khi mở máy động cơ I , M 1 n n 5 3 4 2 I M M c t 0 mỗi bậc đợc thiết kế sao cho dòng điện mở máy cực đại và cực tiểu ở mỗi bậc đều nh nhau để đảm bảo quá trình mở máy đợc tốt nhất. 7.2.3. Mở máy bằng điện áp thấp (U mm < U đm ) Phơng pháp này đòi hỏi phải dùng một nguồn điện độc lập có thể điều chỉnh đợc điện áp để cung cấp cho phần ứng của động cơ, trong khi đó mạch kích thích phải đợc đặt dới điện áp U = U đm của một nguồn khác. Đây là phơng pháp thờng dùng hơn cả để mở máy động cơ điện một chiều công suất lớn. Ngoài việc mở máy ra nó còn kết hợp để điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. 7-3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 7.3.1. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Từ các biểu thức (2-19) và (5-19) có thể suy ra đặc tính cơ n = f(M) của động cơ điện một chiều: = = e uu e C RIU C E n ,, (7-1) Vì M = C M I nên biểu thức (7-1) có thể viết dới dạng: 67 2 , = eM u e CC MR C U n (7-2) Biểu thức (7-2) đợc gọi là phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều. Trong truyền động điện lực một vấn đề quan trọng đợc đặt ra là phải phối hợp tốt đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của tải hoặc của máy công tác. Tuỳ theo tính chất của truyền động điện mà có thể có những yêu cầu khác nhau đối với động cơ điện, thí dụ tốc độ không đổi hoặc thay đổi nhiều khi mômen cản thay đổi. Để thoả mãn những yêu cầu đó cần phải dùng những loại động cơ khác nhau có đặc tính cơ thích hợp. Từ biểu thức (7-2) ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện đợc bằng cách thay đổi các đại lợng , R và U. Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông đợc áp dụng tơng đối phổ biến, có thể thay đổi tốc độ đợc liên tục và kinh tế. Trong quá trình điều chỉnh hiệu suất C te vì sự điều chỉnh dựa trên sự tác dụng lên mạch kích thích có công suất rất nhỏ so với công suất của động cơ. Cần chú ý rằng, bình thờng động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa ( = max ) nên chỉ có thể điều chỉnh theo chiều hớng giảm , tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiều của máy. Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng R chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dới tốc độ quay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lợng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phơng pháp này chỉ đợc áp dụng ở động cơ điện có công suất nhỏ. Trên thực tế thờng dùng ở động cơ điện trong cầu trục. Phơng pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện áp cũng chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay dới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp hơn điện áp định mức của động cơ điện. Phơng pháp này không gây thêm tổn hao trong động cơ điện, nhng đòi hỏi phải có nguồn riêng có điện áp điều chỉnh đợc. Sau đây ta xét đặc tính cơ và cách điều chỉnh tốc độ của từng loại động cơ điện. 7.3.2. Động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc kích thích song song Với những điều kiện U = C te , I t = C te , khi M (hoặc I ) của động cơ thay đổi, từ thông của động cơ hầu nh không đổi vì ảnh hởng làm giảm của phản ứng ngang trục rất nhỏ, cho nên biểu thức (7-2) có thể viết dới dạng: k M nn = 0 (7-3) trong đó: = e C U n 0 - là tốc độ của động cơ khi M = 0, gọi là tốc độ không tải lý tởng; , 2 u Me R CC k = - biểu thị độ cứng của đặc tính cơ. k càng lớn, đặc tính cơ càng cứng. Nhìn vào biểu thức (7-3) ta thấy, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích song song là một đờng thẳng nh trình bày ở hình 7-3. Đờng đặc tính cơ ứng với 68 69 trờng hợp U = U đm , = đm và trên mạch phần ứng không có điện trở phụ đợc gọi là đặc tính cơ tự nhiên. Do R rất nhỏ nên khi tải thay đổi từ không đến định mức tốc độ giảm rất ít (khoảng 2 ữ 8% tốc độ định mức), cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích song song rất cứng. Với đặc tính cơ nh vậy, động cơ điện một chiều kích thích song song đợc dùng trong trờng hợp tốc độ hầu nh không đổi khi tải thay đổi (máy cắt gọt kim loại, quạt, ). a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ R f trên mạch phần ứng Khi nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì biểu thức (7-2) có dạng: n n n 0 0 M M đm Hình 7-3. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích song M đm (I đm ) M(I ) n n 0 0 R f = 0 R f1 R f2 R f3 R f3 > R f2 > R f1 2 0 )( , + = Me f u CC MRR nn (7-4) Ta thấy rằng nếu R f càng lớn đặc tính cơ có độ cứng càng thấp và do đó đặc tính càng mềm, nghĩa là tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải thay đổi. Hình 7-4 trình bày các đặc tính cơ ứng với các trị số khác nhau của R f trong đó đờng ứng với R f = 0 là đặc tính cơ tự nhiên. Giao điểm của những đờng đặc tính cơ trên với đờng mômen cản của tải M C = f(n) cho biết trị số tốc độ xác lập khi điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ R f . Hình 7-4. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích song song với những điện trở phụ khác nhau b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp Phơng pháp này chỉ áp dụng đợc đối với động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc động cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập. Việc cung cấp điện áp có thể điều chỉnh đợc cho động cơ từ một nguồn độc lập đợc thực hiện trong kỹ thuật bằng cách ghép thành tổ máy phát - động cơ có sơ đồ nguyên lý nh ở hình 7-5. Khi thay đổi điện áp U ta có một họ đặc tính cơ có cùng độ dốc (hình 7-6). ở hình 7-6, đờng 1 ứng với U đm , đờng 2, đờng 3 ứng với U 3 < U 2 < U đm và đờng 4 ứng với U 4 > U đm . Nói chung vì không cho phép điện áp đặt vào động cơ vợt quá điện áp định mức nên phơng pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ dới tốc độ định mức, còn việc điều chỉnh tốc độ trên tốc độ định mức không đợc áp dụng hoặc chỉ đợc áp dụng trong một phạm vi rất hẹp. Đặc điểm của phơng pháp điều chỉnh này là lúc điều chỉnh tốc độ, mômen không đổi vì và I đều không đổi. Sở dĩ I không đổi là vì khi giảm điện áp U, tốc độ n giảm làm E cũng giảm nên: te u u C R EU I = , , . Ngày nay, tổ máy phát -động cơ thờng dùng trong các máy cắt kim loại và máy cán thép lớn để điều chỉnh tốc độ động cơ điện với hiệu suất cao, phạm vi điều chỉnh rộng 1 : 10 hoặc hơn nữa. + - 70 0 M ( I ) M đm (I đm ) n n 04 n 01 n 02 n 03 4 1(U đm ) 2 3 Hình 7-6. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích độc lập ở những điện áp khác nhau Hình 7-7. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích song song với những dòng điện I t khác nhau 0 M ( I ) M đm (I đm ) n n 04 n 01 n 02 n 03 4 1( đm ) 2 3 Hình 7-5 Sơ đồ Máy phát - động cơ dùng để điều chỉnh tốc độ bằng cách tha y đổi đi ệ n á p ở đ ộ n g cơ đi ệ n m ộ t chiều kích thích đ ộ c l ập Đ C T M F Đ C p I tđc I tmF c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Nếu ta thay đổi điện trở R đc ở mạch kích thích (hình 7-1) thì ứng với mỗi trị số khác nhau của điện trở mạch kích thích ta có một giá trị của I t , do đó có một giá trị của và có một đờng đặc tính cơ tơng ứng. Trên hình 7-7 trình bày các đặc tính cơ ứng với các giá trị khác nhau của từ thông . Các đờng đó có n 0 > n 0đm và có độ dốc khác nhau, chúng gặp nhau trên trục hoành tại điểm ứng với n = 0 và dòng điện , , u u R U I = . Cần chú ý rằng, bình thờng động cơ làm việc ở chế độ định mức với dòng kích từ định mức nên chỉ có thể điều chỉnh dòng kích từ (tức từ thông ) theo chiều hớng giảm, nghĩa là chỉ điều chỉnh đợc tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức. ở hình 7-7, đờng thấp nhất ứng với từ thông đm . Giao điểm của đờng đặc tính mômen cản M C = f(n) với các đờng đặc tính cơ cho biết tốc độ xác lập ứng với các trị số khác nhau của từ thông. Do hạn chế bởi các điều kiện về cơ khí và điều kiện đổi chiều của máy nên các động cơ thông dụng hiện nay có thể điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp này trong giới hạn 1 : 2. Cũng có thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 1 : 5, thậm chí đến 1 : 8 nhng phải dùng những phơng pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo phức tạp, công nghệ chế tạo cũng khó khăn khiến cho giá thành của máy tăng lên. 7.3.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích chính là dòng điện phần ứng I t = I = I. Vì vậy trong một phạm vi khá rộng có thể biểu thị: = k I (7-5) trong đó k là hệ số tỷ lệ và không đổi trong vùng I < 0,8I đm . Khi I > (0,8 ữ 0,9)I đm thì k hơi giảm xuống do ảnh hởng của bão hoà mạch từ. Nh vậy biểu thức mômen có thể viết: == k CICM M u M 2 , (7-6) và kết hợp với biểu thức (7-2) ta có: = kC R MkC UC n e u e M , . (7-7) Nếu bỏ qua R thì: M U n hay 2 2 n C M = (7-8) Nh vậy khi mạch từ cha bão hoà, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp có dạng của đờng hypecbôn bậc hai nh trình bày ở hình 7-8 (đờng 1). 71 Ta thấy rằng, ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanh khi tải tăng, đặc biệt khi mất tải (I = 0, M = 0) tốc độ có trị số rất lớn. Cũng chính vì lý do đó mà không đợc cho loại động cơ điện này làm việc ở điều kiện có thể xảy ra mất tải nh dùng đai truyền, vì khi xảy ra đứt hoặc trợt đai truyền tốc độ động cơ tăng rất cao. Thông thờng chỉ cho phép động cơ điện loại này làm việc với tải tối thiểu P 2 = (0,2 ữ 0,25)P đm . Trên thực tế do ảnh hởng của bão hoà mạch từ khi tải tăng, tốc độ của động cơ giảm ít hơn theo đờng nét đứt ở hình 7-8. Với đặc tính cơ nh vậy, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp có u điểm n * 2 2 1 1 3 4 5 6 0 1 M * Hình 7- 8. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp ở các trờng hợp điều chỉnh tốc độ khác nhau đối với những nơi cần điều kiện mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong phạm vi rộng, thí dụ ở các đầu máy kéo tải (xe điện, đầu máy điện, cần trục, ). a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Thay đổi từ thông của động cơ kích thích nối tiếp có thể thực hiện bằng những biện pháp sau đây: rẽ mạch (mắc sun) dây quấn kích thích bằng một điện trở, thay đổi số vòng dây của dây quấn kích thích, rẽ mạch dây quấn phần ứng nh các sơ đồ trình bày trên hình 7-9. 72 R st + U - w t I a) + - U w t I U - + w t I w t , R s c) b) H h ình 7-9. Các sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kíc thích nối tiếp: a) rẽ mạch dây quấn kích thích; b) thay đổi số vòng dây của dây quấn kích thích; c) rẽ mạch dây quấn phần ứng. ở hình 7-9a, nếu dòng điện kích thích lúc cha rẽ mạch là I t = I thì sau khi rẽ mạch dòng điện kích thích sẽ giảm xuống còn I t = kI, trong đó 1< + = stt st RR R k với R st là điện trở rẽ mạch (sun). Theo phơng pháp thứ hai (hình 7-9b), trớc lúc điều chỉnh ta có s.t.đ. F t = I t w t , sau khi điều chỉnh s.t.đ. F t , = I t w t , = kF t . với k = w t /w t < 1. Rõ ràng là với hai phơng pháp trên chỉ điều chỉnh đợc < đm và tốc độ sẽ thay đổi đợc trong vùng trên định mức, đờng đặc tính cơ sẽ nằm trên đờng đặc tính cơ tự nhiên (đờng 2 ở hình 7-8). Nếu dùng phơng pháp thứ ba (hình 7-9c) thì điện trở tổng của toàn mạch sẽ bé đi, dòng điện I t = I sẽ tăng lên, từ thông tăng và do đó tốc độ quay của động cơ giảm xuống. Nh vậy phơng pháp này chỉ điều chỉnh đợc tốc độ dới vùng định mức và đờng đặc tính cơ tơng ứng nằm ở phía dới đờng đặc tính cơ tự nhiên (đờng 3 trên hình 7-8). Vì điện trở cuộn kích thích rất bé nên hầu nh toàn bộ điện áp của mạng đợc đặt vào R s , do đó tổn hao rất lớn và hiệu suất của máy giảm đi nhiều. Mặt khác việc tăng từ thông còn bị hạn chế bởi sự bão hoà của mạch từ nên phơng pháp này rất ít đợc áp dụng. b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng Khi ghép thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì chỉ điều chỉnh đợc tốc độ động cơ dới tốc độ định mức nhng tổn hao trên điện trở phụ lớn làm giảm hiệu suất của động cơ nên phơng pháp này cũng ít đợc sử dụng. Đặc tính cơ ứng với các trờng hợp này đợc trình bày trên hình 7-8 nh đờng 4 và 5. c. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi điện áp Vì không cho phép tăng điện áp đặt vào động cơ quá định mức nên phơng pháp này chỉ điều chỉnh đợc tốc độ động cơ dới tốc độ định mức. Phơng pháp này giữ đợc hiệu suất cao vì không gây thêm tổn hao khi điều chỉnh, đợc áp dụng rộng rãi trong giao thông vận tải và đợc thực hiện bằng cách đổi nối từ song song sang nối tiếp hai động cơ. Khi làm việc song song, các động cơ sẽ làm việc với U = U đm . Sau khi chuyển thành đấu nối tiếp thì điện áp đặt vào động cơ là U = 2 1 U đm . Đặc tính cơ của động cơ điện trong trờng hợp này có dạng nh đờng 6 trên hình 7-8. đợc hiệu suất cao vì không gây thêm tổn hao khi điều chỉnh, đợc áp dụng rộng rãi trong giao thông vận tải và đợc thực hiện bằng cách đổi nối từ song song sang nối tiếp hai động cơ. Khi làm việc song song, các động cơ sẽ làm việc với U = U đm . Sau khi chuyển thành đấu nối tiếp thì điện áp đặt vào động cơ là U = 2 1 U đm . Đặc tính cơ của động cơ điện trong trờng hợp này có dạng nh đờng 6 trên hình 7-8. 7.3.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp 7.3.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp có thể đợc chế tạo sao cho tác dụng của dây quấn kích thích song song và nối tiếp hoặc bù nhau hoặc ngợc chiều nhau. Nhng trên thực tế ngời ta chỉ dùng loại động cơ điện kích thích hỗn hợp bù vì động cơ điện kích thích hỗn hợp ngợc không đảm bảo đợc điều kiện làm việc ổn định. Động cơ điện kích thích hỗn hợp bù có đặc tính cơ mang tính chất trung gian giữa hai loại động cơ kích thích song song và nối tiếp. Khi tải tăng, từ thông tăng, do đó đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù mềm hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích song song. Tuy nhiên mức độ tăng của không mạnh nh ở động cơ kích thích nối tiếp cho nên đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù cứng hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp. Để tiện so sánh, trên hình 7-10 vẽ đặc tính cơ của các loại động cơ điện nói trên trong đó đờng 1 ứng với kích thích hỗn hợp bù, đờng 2 ứng với hỗn hợp ngợc, đờng 3 - kích thích song song và đờng 4 - kích thích nối tiếp. Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp có thể đợc chế tạo sao cho tác dụng của dây quấn kích thích song song và nối tiếp hoặc bù nhau hoặc ngợc chiều nhau. Nhng trên thực tế ngời ta chỉ dùng loại động cơ điện kích thích hỗn hợp bù vì động cơ điện kích thích hỗn hợp ngợc không đảm bảo đợc điều kiện làm việc ổn định. Động cơ điện kích thích hỗn hợp bù có đặc tính cơ mang tính chất trung gian giữa hai loại động cơ kích thích song song và nối tiếp. Khi tải tăng, từ thông tăng, do đó đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù mềm hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích song song. Tuy nhiên mức độ tăng của không mạnh nh ở động cơ kích thích nối tiếp cho nên đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù cứng hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp. Để tiện so sánh, trên hình 7-10 vẽ đặc tính cơ của các loại động cơ điện nói trên trong đó đờng 1 ứng với kích thích hỗn hợp bù, đờng 2 ứng với hỗn hợp ngợc, đờng 3 - kích thích song song và đờng 4 - kích thích nối tiếp. Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp thực hiện nh ở trờng hợp động cơ điện kích thích song song, mặc dù về nguyên tắc có thể áp dụng những phơng pháp điều chỉnh tốc độ dùng cho động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp. Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp thực hiện nh ở trờng hợp động cơ điện kích thích song song, mặc dù về nguyên tắc có thể áp dụng những phơng pháp điều chỉnh tốc độ dùng cho động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp. Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp đợc dùng trong những nơi cần điều kiện mômen mở máy lớn, gia tốc quay khi mở máy lớn, tốc độ biến đổi theo tải trong một vùng rộng nh trong máy ép, máy bào, máy in, máy cán thép, máy nâng tải Trong thời gian gần đây, động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp đ ợc Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp đợc dùng trong những nơi cần điều kiện mômen mở máy lớn, gia tốc quay khi mở máy lớn, tốc độ biến đổi theo tải trong một vùng rộng nh trong máy ép, máy bào, máy in, máy cán thép, máy nâng tải Trong thời gian gần đây, động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp đ ợc nn 22 33 11 44 00 MM Hình 7-10. So sánh đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp với các loại động cơ điện một chiều khác Hình 7-10. So sánh đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp với các loại động cơ điện một chiều khác dùng trong giao thông vận tải vì nó có u điểm hơn so với động cơ kích thích nối tiếp ở chỗ dễ hãm bằng chế độ phát điện trả năng lợng trở về lới điện. dùng trong giao thông vận tải vì nó có u điểm hơn so với động cơ kích thích nối tiếp ở chỗ dễ hãm bằng chế độ phát điện trả năng lợng trở về lới điện. 7-4. đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều 7-4. đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều Đặc tính làm việc của độn g cơ điện một chiều bao g ồm các q uan hệ n, M, 73 Đặc tính làm việc của độn g cơ điện một chiều bao g ồm các q uan hệ n, M, = f( I ) khi U = U đm = C te . Từ các biểu thức (7-1) và (7-2) ta thấy rằng về cơ bản đặc tính tốc độ n = f(I ) có dạng giống đặc tính cơ n = f(M). Các đặc tính tốc độ của các loại động cơ biểu thị theo đơn vị tơng đối đợc trình bày trên hình 7-11, trong đó đờng 1 ứng với động cơ kích 73 thích song song, đờng 2 và 3 ứng với động cơ kích thích hỗn hợp và đờng 4 ứng với động cơ kích thích nối tiếp. Đặc tính mômen M = f(I ) là quan hệ M = C M I . ở động cơ kích thích song song C te nên M phụ thuộc vào I theo quan hệ bậc nhất (đờng I trên hình 7-11). ở động cơ một chiều kích thích nối tiếp I nên đặc tính mô men có dạng parabol (đờng IV) vì M I 2 . Còn ở động cơ kích thích hỗn hợp, khi I tăng thì cũng tăng nhng với tốc độ chậm hơn so với sự tăng của ở động cơ kích thích nối tiếp cho nên đặc tính mô men có tính chất trung gian giữa đờng I và IV (các đờng II và III) . Đặc tính hiệu suất 74 mô men của các động cơ điện một chiều. Hình 7-11. Đặc tính tốc độ và đặc tính 2 ,5 2 ,0 1 , 5 1,0 0,5 0 0,5 1 I I V M 4 3 2 1 1 n I II I I I = max 0,5 Hình 7 - 12. Đặc tính hiệu suất của các động cơ điện một chiều f(I ) khi U = U đm = C te của các loại động cơ điện một chiều nói chung có dạng nh ở hình 7-12. Hiệu suất cực đại của động cơ điện một chiều thờng đợc tính toán với dòng điện tải I = 0,75I đm và lúc đó tổn hao không đổi trong động cơ điện (bao gồm tổn hao cơ và tổn hao sắt) bằng tổn hao biến đổi phụ thuộc vào điện trở của các dây quấn và tỷ lệ với bình phơng của dòng điện I . Hiệu suất của động cơ điện một chiều vào khoảng = 0,75 ữ 0,85 đối với động cơ công suất bé, và = 0,75 ữ 0,94 ở động cơ công suất trung bình và lớn. Thí dụ Cho một động cơ điện một chiều kích thích song song có số liệu nh sau: 10 sức ngựa, 230 V, kích thích song song, điện 1,0 I * trở R = 0,35 , R t = 288 . Khi I = 1,6 A thì n = 1040 vg/ph. Hỏi: a) Muốn cho dòng điện mạch ngoài I = 40,8 A và n = 600 vg/ph thì trị số điện trở cần thiết ghép vào mạch phần ứng bằng bao nhiêu ? b) Với điện trở đó nếu I = 22,8 A thì tốc độ bằng bao nhiêu ? c) Nếu I đm = 38,5 A, hãy tính M/M đm trong hai câu hỏi trên. d) Tính công suất đa vào động cơ điện, công suất mạch phần ứng, công suất cơ khi I = 40,8 A. Giải a) Cho rằng khi tải thay đổi, từ thông là hằng số, ta có: [...]... bằng: P1 = Uđm.I = 230.40,8 = 9400 W Công suất mạch phần ứng bằng: P = P1 - Pt = 9400 rt.I2t = 9400 288.0,82 = 9 216 W Công suất cơ bằng: Pcơ = P1 - Pcu. - Pt = 9 216 402.2,35 = 5296 W (Pcu. = I2(R + Rf) = 402(0,35 + 2 ,1) = 3920 W) Câu hỏi 1 Các yêu cầu khi mở máy động cơ điện một chiều? Các phơng pháp mở máy động cơ điện một chiều? 2 Thành lập phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích... các động cơ điện một chiều 4 Hiện tợng gì sẽ xảy ra khi mở máy động cơ điện một chiều kích thích song song trong trờng hợp mạch kích thích bị đứt? 5 Trình bày các phơng pháp điều chỉnh tốc độ của các động cơ một chiều kích thích độc lập (song song) và kích thích nối tiếp 6 Nếu chổi than đặt không đúng vị trí mà bị xê dịch ngợc chiều quay của rôto thì tốc độ của động cơ điện sẽ nh thế nào? 75 Bài tập 1. .. không tải thì động cơ làm việc với tốc độ bằng bao nhiêu? (bỏ qua dòng điện không tải và phản ứng phần ứng) Đáp số : a) 954 vg/ph b) 10 31 vg/ph 3 Cho một máy phát điện kích thích song song có Pđm = 27 kW, Uđm = 11 5 V, nđm = 11 50 vg/ph, It = 5 A, hiệu suất đm = 86% Điện trở mạch phần ứng R = 0,02 , 2Utx = 2 V a) Nếu đem dùng nh một động cơ điện (bỏ qua tác dụng của phản ứng phần ứng) với Uđm = 11 0 V, Pđm... nđm, I = Iđm và từ thông giảm đi 40% Đáp số : a) 91, 8% b) Pcu =8,4 kW, P0 = 4753,5 W; I0 = 25,8 A c) M = 18 14 N.m d) I/ = 536 A e) Rf = 0,45 2 Một máy phát kích thích song song có số liệu nh sau: Pđm = 27 kW, Uđm = 11 5 V, n = 11 50 vg/ph, It = 5 A, đm = 86%, R = 0, 016 73 , rctp = 0,00 717 , 2Utx = 2 V Nếu chuyển sang làm việc ở chế độ động cơ với điện áp 11 0 V thì có công suất ở trục là 25 kW Giả thiết... 75 Bài tập 1 Cho một động cơ điện kích thích song song với các số liệu sau: Pđm = 95 kW, Uđm = 220 V, Iđm = 470 A, Itđm = 4,25 A, R = 0, 012 5 , nđm = 500 vg/ph Hãy xác định: a) Hiệu suất của động cơ; b) Tổn hao đồng trong máy, tổn hao không tải và dòng điện không tải; c) Mômen của động cơ; d) Trị số dòng điện tải để hiệu suất cực đại; e) Điện trở điều chỉnh Rf cần thiết để động cơ quay với n = nđm,... ( Ru + R f ) Với n = 10 40 vg/ph; n, = 600 vg/ph; I = 1, 6 A; I, = I - It = 40,8 - 230 = 40 A; 288 U = 230 V; R = 0,35 Từ biểu thức trên ta tính đợc Rf = 2 ,1 b) Với điện trở Rf = 2 ,1 , I = 22,8 A, ta có I = 22,8 - 230 = 22 A 288 Tơng tự nh trên ta có: n ,, n ,, 230 22(0,35 + 2 ,1) = = , 600 230 40(0,35 + 2 ,1) n Ta suy ra n,, = 800 vg/ph c) Ta có M = CMI, vậy: I, 40 M, = u = = 1, 06 M dm I dm 38,5 ... R = 0,02 , 2Utx = 2 V a) Nếu đem dùng nh một động cơ điện (bỏ qua tác dụng của phản ứng phần ứng) với Uđm = 11 0 V, Pđm = 25 kW, = 0,86 Hãy tính tốc độ n b) Tốc độ không tải của động cơ? Đáp số : a) nD = 10 30 vg/ph b) n0D = 11 05 vg/ph 76 . tính cơ và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Từ các biểu thức ( 2 -1 9) và ( 5 -1 9) có thể suy ra đặc tính cơ n = f(M) của động cơ điện một chiều: = = e uu e C RIU C E n ,, ( 7 -1 ) Vì. 40 2 (0,35 + 2 ,1) = 3920 W) Câu hỏi 1. Các yêu cầu khi mở máy động cơ điện một chiều? Các phơng pháp mở máy động cơ điện một chiều? 2. Thành lập phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều. phát điện trả năng lợng trở về lới điện. 7-4 . đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều 7-4 . đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều Đặc tính làm việc của độn g cơ điện một chiều