Luận văn, khóa luận tốt nghiệp, báo cáo là sản phẩm kiến thức, là công trình khoa học đầu tay của sinh viên, đúc kết những kiến thức của cả quá trình nghiên cứu và học tập một chuyên đề, chuyên ngành cụ thể. Tổng hợp các đồ án, khóa luận, tiểu luận, chuyên đề và luận văn tốt nghiệp đại học về các chuyên ngành: Kinh tế, Tài Chính Ngân Hàng, Công nghệ thông tin, Khoa học kỹ thuật, Khoa học xã hội, Y dược, Nông Lâm Ngữ... dành cho sinh viên tham khảo. Kho đề tài hay và mới lạ giúp sinh viên chuyên ngành định hướng và lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp, thực hiện viết báo cáo luận văn và bảo vệ thành công đồ án của mình
Trang 1TAI LIEU DUOC SHARE TREN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - LỜI NểI ĐẦU
LỜI NểI ĐẦU
Trong cỏc ngành cụng nghiệp sản xuất và đời sống, cụng tỏc điều khiển vận hành hiệu quả cỏc thiết bị nhằm tăng khả năng sản xuất, tăng chất lượng, đồng thời tiết kiệm được chỉ phớ sản xuất cũng như mọi chỉ phớ cho việc trựng tu bảo dưỡng thiết bị sẳn xuất giữ một vị trớ quan trọng
Điều khiển mỏy điện là một lĩnh vực nghiờn cứu ứng dụng cỏc thiết bị, khớ cụ và sơ đồ điểu khiển để phục vụ cỏc nhu cõu thay đổi cỏc đại lượng của chuyển động như mụ men, tốc độ hay điều khiển vị trớ tuỳ theo cỏc yờu cầu phỏt sinh của mỗi loại hỡnh sản
wy
xuat
Động cơ một chiểu được sử dụng từ lõu trong cỏc hệ truyền động cú điều khiển tốc độ yờu cầu dải điểu chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao và cỏc hệ thường xuyờn hoạt động ở chế độ khởi động, hóm và đảo chiều Nhờ cú đặc tớnh điều chỉnh tốc độ tốt nờn được
sử dụng rất phổ biến trong cụng nghiệp Một số ứng dụng quan trọng của động cơ một chiễu như truyền động cho xe điện, mỏy cụng cụ, mỏy nõng vận chuyển, mỏy cỏn, mỏy nghiền, v.v
Truyển động điện tốc độ chiếm phần lớn cỏc ứng dụng của điều khiển đại lượng chuyển động Trong cỏc loại điều khiển như vậy thường gồm cú cỏc động cơ chấp hành, cỏc bộ biến đổi điện tử cụng suất và cỏc hệ thống điều khiển số Đương nhiờn
phải cú cỏc bộ lọc nguồn đầu vào đạt tiờu chuẩn lọc nhiễu điện từ
Dộ thay đổi tốc độ, cỏc động cơ xoay chiều đũi hỏi phải thay đổi biờn độ điện ỏp
và tần số trong khi động cơ một chiều thỡ chỉ cần thay đổi mỗi điện ỏp một chiều thỡ bộ
chuyển mạch cơ khớ của động cơ một chiều làm thay đổi tần số theo Cỏc động cơ xoay chiều hầu hết khụng cú chổi than, chi phớ ban đõu và chi phớ bảo dưỡng thấp hơn
của động cơ một chiều Tựy vào cỏc ứng dụng mà việc chọn lựa loại động cơ nào được
sử dụng phụ thuộc vào khỏch hàng
Trang 2-Ă-Trong phạm vi luận ỏn này, em xin trỡnh bày vấn để về điều khiển tốc độ động cơ một chiộu dựng họ vi điều khiển 8051 bằng phương phỏp độ rộng xung
Em xin chõn thành cảm ơn sự giỳp đỡ và gúp ý của cỏc Thầy, cỏc Cụ khoa Điện—
Điện tử đó tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành bản luận ỏn này Một lần nữa,
em xin cảm ơn Thầy Dương Hoài Nghĩa đó hướng dẫn tận tỡnh trong suốt quỏ trỡnh em
làm luận ỏn
Do kinh nghiệm và trỡnh độ cũn hạn chế, phần thể hiện và trỡnh bày cũn nhiều
khiếm khuyết Kớnh mong quớ Thầy cụ bổ qua cho em
Trõn trọng kớnh chào,
TP Hồ Chớ Minh, ngày 30 thỏng 11 năm 2002
Sinh viờn: Trõn Xuõn Khỏnh
Trang 3-li-PHAN MUC LUC MUC LUC ` Trang
LỜI NểI ĐẦU i
MUC LUC m ễỎ iii
PHANI GIGT THIEU wiesccscsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssnssnssunesasssntsesseseonseee iv
Chucng1 CƠ SỞ CHUNG wl
A KHAINIEM TRUYEN ĐỘNG ĐIỆN 2 B PHAM VIUNG DUNG CUA TRUYEN DONG DIE 4 C PHAN LOAIHE THONG TRUYEN DONG DIEN 7 D PHUONG TRINH CHUYEN DONG CUA MOT HE TRUYEN DONG 8
E MO MEN CẢN Set 1
F QUY ĐỔI CÁC ĐẠI LƯỢNG VỀ TRỤC ĐỘNG CƠ G ĐẶC TÍNH CƠ CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Chương 2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .lŠ PHANII Chương 3 Chuong 4 Chương 5 Chương 6 PHAN III PHAN IV PHAN V
A CAU TAO COBAN MAY DIEN MOT CHIEU
B DAC TINH CO DONG CO DIEN MOT CHIEU C NGUYấN Lí LÀM VIỆC D ĐIỀU KHIỂN b0 c1 36 THIẾT KẾ 67 MACH PHAN CUNG sen 68 A SƠĐỒ 69
B CHỨC NĂNG CỦA TỪNG BỘ PHẬN srierrrrrirrrrre 71
C._ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ 71
PHẦN MấM ASSEMBLER
D GIAITHUAT
E CHỨC NĂNG CỦA TỪNG CHƯƠNG TRèNH CON . -ce- 88
F CHƯƠNG TRèNH 92
PHAN MEM VISUAL BASIC
G NHLEM vy CUA PHAN MEM H GIẢI THÍCH HOẠT ĐỘNG I, CHUONG TRINH KET QUA J MẠCH THỊ CễNG eeeererrirrirrirrirrrirririe K GIAO DIEN DIEU KHIEN TREN MAY TIN KET LUAN 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22t 124 PHỤ LỤC 1 GIỚI THIỆU MCS-8051 2 CỔNG NỐI TIẾP
3 GIỚI THIỆU CÁC VI MẠCH SỬ DỤNG VÀ LINH KIỆN KHÁC
4 GIỚI THIỆU VỀ CHOPPER HAI-PHẦN TU , CAC CHOPPER NHIEU PHA VÀ CHOPPER THYRISTOR VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHOPPER 172
Trang 4
-Chương 1 Chương 2 PHANI GIỚI THIẾU 2 CO SO CHUNG
KHÁI NIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
PHAM VI UNG DUNG CUA TRUYEN ĐỘNG ĐIỆN PHAN LOAI HE THONG TRUYEN DONG DIEN
PHUONG TRINH CHUYEN DONG CUA MOT HE TRUYEN ĐỘNG
MO MEN cAN
QUY ĐỔI CÁC ĐẠI LƯỢNG VỀ TRỤC ĐỘNG CƠ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIEU
A CẤU TẠO CƠ BẢN MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
B ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU C NGUYEN LY LAM VIEC
D DIEU KHIEN DONG CO DC
,é mm
go
mờ
Trang 6A—KHAI NIEM TRUYEN DONG DIEN
Một hệ truyền động là một hệ thống cụng nghiệp thực hiện biến đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ (ở chế độ động cơ) hay ngược lại ở chế độ hóm mỏy phỏt phục vụ việc chạy cỏc quy trỡnh sản xuất khỏc nhau như là: cỏc nhà mỏy sản xuất, vận chuyển người và hàng húa, cỏc đổ dựng trong nhà, cỏc mỏy bơm, cỏc mỏy nộn khớ, truyền động cho ổ đĩa mỏy tớnh, cỏc rụbốt, cỏc mỏy nghe nhạc, xem phim v.v
Trang 7-2-PHAN I- CHUONG 1 —_7 _ Hệ thống bộ ; _ -
3pha ————| biến đổi nguồn Động cơ xoay Mỏy sản xuất
, điện tử chiều (Phụ tải) Ghộp nối đàn — _-—| hổi Hệ thống bảo vệ và đúng /mở bằng cơ-điện hoặc điện tử TT" 1 i an i h I { 1 ph Động cơ một ẽ 2 Mỏy sản xuất ue chiều L | (Phụ ti) Tỳ Z1 Â Ghộp nối đàn | ' hồi HA 1 Hệ thống bảo vệ và bộ cầu dao cơ điện
Hỡnh 1.2 Truyền động tốc độ thay đổi
Truyển động điện tốc độ thay đổi cú động cơ điện (dũng điện xoay chiều), bộ ghộp nối đàn hồi, tải cơ khớ (mỏy sản xuất) và hệ thống bảo vệ và đúng / mở bằng cơ điện
hay điện tử Ngày nay gần (75-80)% truyền động điện vẫn cũn là loại truyền động ở tốc độ khụng đổi vỡ khụng cú nhiều ứng dụng yờu cầu đến điều khiển tốc độ ngoại trừ trường hợp lỳc khởi động, ngừng và trong hoạt động bảo vệ
Tuy nhiờn cũn khoảng (20-25)% cần đến điều khiển tốc độ và mụ men sao cho
thớch hợp với phụ tải cơ khớ Cỏc bộ biến đổi điện tử tỏ ra cú nhiều đặc trưng mạnh
trong việc thay đổi và duy trỡ mức năng lượng cung cấp thớch hợp với loại phụ tải cần đến điều khiển tốc độ hay mụmen như : mỏy cụng cụ, rụbốt, truyền động cho đĩa mỏy tớnh, cỏc phương tiện chuyờn chở, v.v
Về cấu trỳc, một hệ thống truyền động điện núi chung, bao gồm cỏc khõu: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 8-3-1 Bộ biến đổi: dựng để biến đổi loại dũng điện (xoay chiều thành một chiều hoặc
ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn ỏp thành nguồn dũng và ngược lại), biến đổi
mức điện ỏp (hoặc dũng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số,v.v Cỏc bộ biến đổi
thường dựng là mỏy phỏt điện, hệ mỏy phỏt— động cơ (hệ F-Đ), cỏc chỉnh lưu cú điều khiển và khụng điều khiển, cỏc bộ biến tần,v.v
2 Động cơ điện: dựng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện năng (khi hóm điện) Cỏc động cơ điện thường dựng là:
— Động cơ điện xoay chiều ba pha khụng đồng bộ rotor lổng súc hay dõy quấn; — Động cơ điện một chiều kớch từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp hay kớch từ bằng nam chõm vĩnh cửu;
— Động cơ điện xoay chiểu ba pha cú cổ gúp; — Động cơ đồng bộ
3 Khõu truyền lực: dựng để truyền lực từ trục động cơ điện đến cơ cấu sản xuất hoặc
dựng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) hoặc làm phự hợp về tốc độ, mụ men, lực Để truyền lực cú thể dựng cỏc bỏnh răng, trục vớt, xớch, đai truyền, cỏc bộ ghộp nối đàn hồi
4 Cơ cấu sản xuất hay mỏy sản xuất: thực hiện cỏc thao tỏc sản xuất và cụng nghệ
(gia cụng chỉ tiết, nõng—ha tải trọng, dịch chuyển )
5 Khối điểu khiển: là cỏc thiết bị dựng để điều khiển bộ biến đổi, động cơ điện, cơ
cấu truyền lực
Sử dụng trong khối này cú thể là cỏc khớ cụ đúng cắt mạch cú tiếp điểm (cỏc relay,
contactor) hay khụng cú tiếp điểm (điện tử, bỏn dẫn), cỏc bộ khuyếch đại, cỏc bộ điều
chỉnh (regulator), cỏc mỏy tớnh, cỏc bộ vi xử lớ (microprocessor), cỏc bộ điều chỉnh theo chương trỡnh, CPU, PLC, CNC
Cỏc thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dựng để lấy cỏc tớn hiệu phản hổi cú thể là cỏc loại đồng hồ đo, cỏc cảm biến từ, cơ, quang
Một hệ thống truyền động điện khụng nhất thiết phải cú đầy đủ cỏc khõu như đó nờu Tuy nhiờn, một hệ truyền động điện bất kỳ luụn bao gồm hai phần chớnh:
— Phần lực: bao gồm bộ biến đổi và động cơ điện — Phần điều khiển
Một hệ truyền động điện được gọi là hệ hở khi khụng cú phản hồi, được gọi là hệ
kớn khi cú phản hồi nghĩa là đại lượng đầu ra được đưa trở lại đầu vào dưới dạng một
tớn hiệu nào đú để điều chỉnh lại việc điểu khiển sao cho đại lượng đầu ra đạt một giỏ
trị mong muốn nào đú
B—PHAM VI UNG DUNG CUA TRUYEN ĐỘNG ĐIỆN
Một sơ đồ túm tắt chỉ ra cỏc ứng dụng chủ yếu và giới hạn cụng suất cỏc dạng truyền động điện chớnh như sau:
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 9-4-PHAN I- CHUONG 1 Cụng suất (kw) 100000 Mỏy bơm nhà TT mỏy thuỷ điện Nhà mỏy xay xắt, xi măng 10000 | May li tam Cỏc mỏy bơm Cỏc mỏy làm giấy 1000 4 Chuyờn chở 100 TQuạt Cần cẩu Xử lý Thang mỏy luyện kim Mỏy in 10 Ƒ Mỏy trộn, băng tải Mỏy dệt Mỏy đúng hộp Rụbốt
1 + Lũ nhiệt, bốc hơi, Mỏy cụng cụ
Cỏc mỏy điều hũa nhiệt độ :
0.1
Mức độ yờu cầu của vận hành
Trung bỡnh — Cao
Hỡnh 1.3 Cỏc ứng dụng truyền động cú tốc độ thay đổi
Cỏc ứng dụng như bơm trữ cho nhà mỏy thuỷ điện bằng cỏc tổ mỏy được chế tạo cú cụng suất 100MW hoặc hơn nữa
Mức độ vận hành cao trong hỡnh 3, cú ý nghĩa rằng hệ thống truyền động này đũi hỏi phải đạt được đỏp ứng tốc độ hay điều khiển vị trớ một cỏch nhanh chúng, chớnh xỏc và phạm vi điều chỉnh rộng
Cựng với sự phỏt triển của lĩnh vực điện tử, cỏc bộ biến đổi điện tử cụng suất, đó
tạo một sự chuyển dịch lớn trong thị trường truyền động Cỏc động cơ một chiều cú
chổi than tốc độ thay đổi được sử dụng từ nhiều thập kỷ trước nhưng tới nay cỏc động cơ loại xoay chiều với nhiều ưu điểm của mỡnh đang thay thế dần cho nú Cỏc bộ truyền động động cơ xoay chiểu và bộ biến đổi điện tử tỏ ra bển, rẻ hơn và khả năng vận hành tương đương, đặc biệt là cỏc ứng dụng điều khiển chuyển động cú tớnh thuận nghịch
Trang 10-5-25% 30% 75% 70% 40% | dc
năm 1990 năm 1995 năm 2000 Hỡnh 1.4 Sự thay đổi của thị trường truyền động
Cỏc bộ biến đổi điện tử cụng suất dành cho cỏc loại động cơ một chiều cú chổi than
hoặc khụng chổi than cũng được nghiờn cứu và đưa ra cho cỏc ứng dụng với giỏ cả hợp
lý
Mức chỉ phớ cho bộ biến đổi điện tử cụng suất thường luụn cao hơn chỉ phớ của động cơ khoảng từ hai đến năm lần, núi chung thỡ giới hạn cụng suất của hệ truyền động càng lớn thỡ sự chờnh lệch giỏ giữa hai thành phần này giảm hơn
Lý do của việc dựng bộ biến đổi điện tử cụng suất cho dự giỏ của nú lớn hơn của động cơ vỡ trong hầu hết cỏc ứng dụng cú tớnh lõu dài việc tiết kiệm được năng lượng sản xuất giỳp thu hổi khoảng chỉ phớ thờm cho bộ biến đổi điện tử cụng suất, giả sử định mức cụng suất sử dụng khoảng hơn 10kW, nếu xem mức tiết kiệm năng lượng cú
được nhờ sử dụng bộ biến đổi chỉ 25%, phạm vi điểu chỉnh tốc độ chừng một đến ba
lần và hoạt động liờn tục 24/24 giờ/ngày thỡ khoảng thời gian thu hổi vốn chừng chưa tới năm năm
Giới hạn sử dụng cụng suất càng lớn thỡ thời gian quay vũng vốn càng nhanh do việc tiết kiệm năng lượng tỏ ra càng hiệu quả Cỏc tớnh toỏn chỉ tiết xin xem chỉ tiết trong tài liệu chuyờn đề
Vai trũ của hệ truyền động trong thực tế là điều khiển mụ men động cơ phự hợp với mụmen tải và với lưới điện nguồn cung cấp khi xỏc lập Cỏc quan hệ của mụ men tải cúthể được diễn đạt bằng một trong cỏc quan hệ sau :
Mụ men/ tốc độ quy về đầu trục động cơ;
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 11-6-PHAN I- CHUONG 1
vY Hay mụ men/thời gian và Tốc độ / thời gian;
v_ Hay quan hệ vị trớ / thời gian
Cũn quỏ trỡnh quỏ độ, bộ truyền động thể hiện vai trũ nú bằng cỏch điểu khiển
vũng kớn, trong đú tớn hiệu đầu ra được đưa trở lại tớn hiệu đầu vào so sỏnh với tớn hiệu
đặt và lấy sai lệch làm tớn hiệu điểu khiển cho bộ biến đổi nhằm duy trỡ đầu ra theo yờu cầu
C—PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Cú nhiều phõn loại hệ truyền động điện:
1) Phõn loại theo số lượng động cơ sử dụng: chia ra 3 loại
— Truyền động nhúm: dựng một động cơ điện để kộo một nhúm gồm nhiều mỏy
sản xuất
— Truyền động đơn: dựng một động cơ điện để kộo toàn bộ một may
—_ Truyền động nhiều động cơ: trường hợp này mỏy sản xuất cú cỏc chuyển động thành phần của nú do một động cơ riờng đảm nhận Hỡnh thức này được sử dụng khỏ phổ biến 2) Phõn loại theo đặc điểm chuyển động : —_ Chuyển động quay; —_ Chuyển động thẳng 3) Phõn loại theo chế độ làm việc: — Làm việc liờn tục; — Làm việc giỏn đoạn
4) Phõn loại theo chiều quay động cơ: —_ Truyền động cú đảo chiểu; — Truyền động khụng đảo chiều 5) Phõn loại theo dũng điện:
—_ Truyền động điện xoay chiều: dựng động cơ điện xoay chiều;
— Truyộn dộng điện một chiều: dựng động cơ điện một chiều
6) Phõn loại dựa theo sự thay đổi thụng số điện:
— Truyền động khụng điều chỉnh: nối thẳng động cơ vào nguồn và kộo mỏy sản xuất với một tốc độ khụng đổi Thay đổi xuất hiện chỉ là do nhiễu từ bờn ngoài; — Truyền động cú điều chỉnh: cụng nghệ quy trỡnh sản xuất đũi hỏi phải cú điều
chỉnh tốc độ, vị trớ hay mụmen Thụng số điện của hệ thay đổi được nhờ cỏc thiết bi diộu khiển
7)_Phõn loại theo thiết bị biến đổi:
— Hệ mỏy phỏt— động cơ: (ký hiệu: F-é), động cơ một chiểu được cấp điện từ một mỏy phỏt điện một chiều (bộ biến đổi ở đõy là mỏy phỏt)
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 12-7-— Thudc hộ truyộn động này cú hệ mỏy điện khuyếch đại-7-— động cơ (ký hiệu:
MĐKĐ-Đ) Trong đú, bộ biến đổi ở đõy là MĐKĐ;
— Hệ chỉnh lưu— động cơ: (ký hiệu: BCL-Đ), động cơ một chiều được cấp điện
từ một bộ chỉnh lưu (BCL) Chỉnh lưu cú thể khụng điều khiển (chỉnh lưu diode) hay cú điểu khiển (chỉnh lưu Thyristor: hệ T-é).v.v
D—PHƯƠNG TRèNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MỘT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1 Hệ thống chuyển động tịnh tiến: Theo định luật II Newton, nếu xem khối lượng vật chuyển động là khụng đổi, ta cú phương trỡnh: Ep + Fc = F, = ma = mộ? (1.1) Trong đú:
Fp_ - lực phỏt động do động cơ điện tạo ra (N);
Fe - lực cẩn chuyển động của cơ cấu (N);
F, - lực động tạo ra gia tốc chuyển động (N):
m - khối lượng quỏn tớnh của vật chuyển động (kg); a _ - gia tốc chuyển động ( m/s?);
V - vận tốc của chuyển động (m/5);
t _ - thời gian trong đú tốc độ biến đổi (s) * Lưu ý về lực động E, :
Lực động là khụng phải là thành phần gõy nờn chuyển động Đại lượng F, chỉ là
một khỏi niệm vật lý Xem phần của mụ men động Mẹ bờn dưới 2 Hệ thống chuyển động quay: Trong hệ chuyển động quay, nếu coi mụ men quỏn tớnh khụng đổi, dựng định luật II Newton ta co: do Mp + Mc = My =JO = J dt (1.1.2) Trong đú:
Mp_ - mụ men do động cơ điện tạo ra (Nm);
Mc_ - mụ men cẩn của cơ cấu (Nm)
(Mc con goi 14 m6 men tinh);
Mẹ - mụ men động tạo ra gia tốc gúc (Nm);
J - mụ men quỏn tớnh của vật quay (Nm); 0 - gia tốc gúc (rad/s”);
œ _ - tốc độ gúc (rad/S);
t _ - thời gian trong đú tốc độ gúc biến đổi (s)
Trang 13-8-PHAN I- CHUONG 1
* Lưu ý về đại lượng Mẹ :
Trạng thỏi làm việc của truyền động phụ thuộc vào mụmen quay Mp do động cơ sinh ra và mụ men tĩnh Mẹ do phụ tải của mỏy quyết định Mỗi một mụ men trờn đều cú thể là mụ men gõy chuyển động hoặc mụ men hóm Vớ dụ, ở mỏy cưa đĩa hoặc quạt giú: Mp là mụ men gõy chuyển động, Mc là mụ men hóm; khi cần trục hạ tải ứng với trạng thỏi mỏy phỏt của động cơ: Mp là mụ men hóm, Mẹ là mụ men gõy chuyển động; khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mụ men đều gõy chuyển động; khi hóm điện mỏy cỏn: cả hai mụ men đều là hấm
Động lực của truyền động được xỏc định bởi mụ men tổng hợp của hai mụ men trờn Ta gọi mụ men tổng hợp này là mụ men động, ký hiệu: Mạ Dấu của mụ men động là giỏ trị đại số
Mụ men động khụng phải dựng để chỉ mụ men gõy ra gia tốc hay giảm tốc của
truyền động (Mạ = Mp + Mẹ), mà là dựng để chỉ một đại lượng mụ men bằng về trị số
và ngược chiều với nú, đú là mụ men của khối lượng quỏn tớnh Jdœ/dt Mụ men này phỏt sinh khi truyển động thay đổi tốc độ và nú cú tỏc dụng chống lại sự thay đổi nú Núi cỏch khỏc, danh từ trờn khụng phải chỉ nguyờn nhõn mà chỉ hậu quả Đú là một khỏi niệm vật lý Nếu tốc độ động cơ tớnh theo vũng/phỳt thỡ tốc độ gúc: n @= An “ (rad/s) 60 9,55 Nờn (M.4.2) trở thành: My = JO = L x dn 955 dt
Đối với tốc độ, ta lấy chiều quay của động cơ làm chiều dương khụng kể động cơ quay theo chiểu nào Dấu của mụ men hướng theo chiều quay của truyền động là dương, cũn những mụ men ngược chiểu quay là õm
E—MO MEN CAN
Theo đặc tớnh tỏc động ta chia mụ men cản thành hai nhúm:
M6 men can phan khang M,, và mụ men can thế năng Mụ,
1 Mụ men cản phản khỏng:
Mụ men cần loại này bao gồm mụ men của lực ma sỏt, lực cắt, lực biến dạng của cỏc vật thể khụng đàn hồi Chỳng đều được tạo ra do cỏc lực phản khỏng chống lại chuyển động Do đú mo men cẩn phản khỏng luụn luụn ngược chiều chuyển động
2 Mụ men cản thế năng:
Trang 14-9-Mụ men cẩn thế năng bao gồm mụ men do trọng lực và lực biến dạng của những vật thể đàn hồi Nõng hoặc hạ tải trọng cũng như nộn hoặc kộo lũ xo đều cú liờn quan đến sự biến thiờn của thế năng truyền động, chớnh vỡ vậy ta gọi mụ men cần loại này là “mụ men thế năng” Khi tăng dự trữ thế năng (nõng tải, nộn lũ xo, v.v ) mụ men thế năng cú tỏc dụng cẩn trở chuyển động, tức hướng ngược chiểu quay của động cơ; khi giảm thế năng (hạ tải, gión lũ xo, v.v ), mụ men thế năng lại là mụ men gõy chuyển động, nghĩa là nú hướng theo chiều quay của động cơ
Để cho việc tớnh toỏn được thuận tiện hơn, ta dựng đại lượng “mụ men cẩn toàn
phan”:
Mc = Mpx + Min (1.1.3)
Thành phần nào trong vế phải của (M.5.1) trội hơn thỡ mụ men cẩn sẽ mang tớnh đú Phổ biến nhất trong thực tế là cỏc truyền động cú mụ men cản thuần phản khỏng, hoặc mụ men cẩn mang thành phần phản khỏng trội Đú là cỏc truyền động chớnh của mỏy cỏn, băng lăn, mỏy tiện, mỏy phay, quạt giú, bơm nước, v.v Cỏc truyền động cú mụ men cẩn mang thành phần thế năng trội là truyền động của cần trục, bàn nõng (với đối trọng khụng cõn bằng), mỏy nõng hầm mỏ, thang mỏy, truyền động nõng của mỏy XÚC, V.V
Qua việc phõn tớch tớnh chất của mụ men núi trờn ta thấy:
Mụ men của động cơ ở trạng thỏi động cơ sẽ mang dấu dương vỡ nú hướng theo chiộu quay, con ở trạng thỏi mỏy phỏt sẽ là õm vỡ hướng ngược chiều quay
Mụ men cần phản khỏng thỡ luụn luụn õm vỡ nú luụn luụn hướng ngược chiểu quay Mụ men cản thế năng cú dấu õm khi tăng dự trữ thế năng (khi nõng tải, nộn lũ xo), và mang dấu dương khi giảm dự trữ thế năng (khi hạ tải, gión lũ xo)
F—QUY ĐỔI CÁC ĐẠI LƯỢNG Mễ MEN CẢN, LỰC CẢN, QUÁN TÍNH CỦA
MAY SAN XUAT VE TRUC BONG CO
Một hệ truyền động điện thường cú nhiều bộ phận khỏc nhau với cỏc trục quay
khỏc nhau: quay trỏi, quay phải, tịnh tiến lờn, xuống Cỏc bộ phận này tạo thành phần
cơ học của hệ truyền động điện Chỳng cú cỏc tốc độ, lực hoặc mụ men tỏc dụng khỏc
nhau
Khi tớnh toỏn thiết kế, chọn cụng suất động cơ hoặc nghiờn cứu sự làm việc của
một hệ truyền động điện, cú thể cần phải thiết lập phương trỡnh chuyộn dộng (1.1.1)
hoặc (I.1.2) tại một điểm nào đú trờn sơ đổ động Cỏc đại lượng để thiết lập phương
trỡnh phải lấy ở ngay tại điểm đú Do vậy, cần phải tiến hành tớnh quy đổi cỏc đại lượng
như lực cản, mụ men cần, khối quỏn tớnh và mụ men quỏn tớnh về điểm định tớnh toỏn
Thụng thường, để thuận tiện khi khảo sỏt cỏc trạng thỏi làm việc của truyền động, người ta hay tớnh quy đổi cỏc đại lượng về trục động cơ (nguồn phỏt động lực)
Nguyờn tắc tớnh quy đổi là dựa vào định luật bảo toàn năng lượng TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 15-10-PHAN I- CHUONG 1
1 Quy đổi mụ men cản Mẹ về trục động cơ:
Gọi mụ men sau khi quy đổi về trục dong cd la Mya
Cụng truyền từ động cơ = Cụng nhận đến mỏy sản xuất
â Max @p x 1 xt = Mc xX Omsx x t
=> Mea =" (Nm) my (1.1.4)
Trong đú:
rị _ - hiệu suất của cơ cấu truyền lực từ động cơ tới mỏy sản xuất; Ă - tỷ số truyền từ trục động cơ tới trục mỏy sản xuất, i = @p/@Msx ;
œp_ - tốc độ gúc của động cơ, (rad/s)
œwsx- tốc độ gúc của mỏy sản xuất, (rad/s) t - thời gian sản xuất;
2 Quy đổi lực cản Ec của chuyển động tịnh tiến thành mụ men trờn trục động cơ: Cụng truyền từ động cơ = Cụng nhận đến mỏy sản xuất = Max @px nxt = Fcxvxt => Ma="**? (Nm) (1.5) 7 Trong đú: p - bỏn kớnh quy đổi của chuyển động tịnh tiến về trục động cơ, Pp = V/@p ,(m)
v _ - tốc độ nõng (hạ) tải trong ,(m/s)
3 Quy đổi mụ men quỏn tớnh Jwsx về trục động cơ:
Mụ men quỏn tớnh cần quy đổi ở đõy là mụ men quỏn tớnh của cỏc phần quay của mỏy sản xuất Jwsx, được quy đổi về trục động cơ
Động năng tớch lũy trờn trục động cơ = Động năng tớch lũy của mỏy sản xuất
; x Ja x Op? = ; x Jmsx x Omsx”
=> Iga = 2, (kgm?) i 2 7 (1.1.6)
4 Quy đổi khối quỏn tớnh của chuyển động tịnh tiến thành mụ men quỏn tớnh
trờn trục động cơ:
Khối quỏn tớnh ở đõy cú thể đưa ra một thớ dụ như phần carbin chứa người và đối trọng của nú trong hệ truyền động thang mỏy
Trang 16-ll-=> Jy = mx (v/ap)” = mxpŸ (1.1.7) Như vậy, sau khi quy đổi cỏc đại lượng mỏy sản xuất về trục của động cơ, phương trỡnh chuyển động của hệ truyền động trở thành:
Mp + Mga = JO Trong đú:
Mp - m0 men dong co, (Nm)
Mga - m6 men can (hodc lye can hoac ca hai) cua may sản xuất được quy
đổi về trục động cơ, (Nm)
J _ - mụ men quỏn tớnh tổng cộng của cả phần quay và khối quỏn tớnh (nếu
cú), (kgm”)
0 - gia tốc gúc, 9= d@p/dt, (rad/s?)
* Lưu ý về quy ước dấu:
a Đối với tốc độ, ta lấy chiều quay của động cơ làm chiều dương khụng kể động cơ quay theo chiều nào
a Những mụ men hướng theo chiểu quay của truyền động là dương, cũn những mụ men ngược chiểu quay là õm
G—ĐẶC TÍNH CƠ CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Trong hệ truyền động điện, động cơ điện cú nhiệm vụ cung cấp động lực cho cơ cấu sản xuất Cỏc cơ cấu sản xuất của mỗi loại mỏy cú cỏc yờu cầu cụng nghệ và đặc điểm riờng Mỏy sản xuất lại cú rất nhiều loại, nhiễu kiểu với kết cấu rất khỏc biệt Động cơ điện cũng như vậy, cú nhiễu loại, nhiều kiểu với cỏc tớnh năng, đặc điểm riờng
Để hệ truyển động điện làm việc tốt, cú hiệu quả thỡ giữa động cơ điện và cơ cấu
sản xuất phẩi đảm bảo cú một sự phự hợp tương ứng nào đú Việc chọn lựa hệ truyền động điện và chọn động cơ điện đỏp ứng đỳng cỏc yờu cầu của cỏc cơ cấu sản xuất cú một ý nghĩa lớn khụng chỉ về mặt kỹ thuật mà cả về mặt kinh tế
Do vậy, ta phẩi xem xột kỹ đặc tớnh cơ của truyền động điện—tức đặc tớnh cơ của
cơ cấu sản xuất và đặc tớnh cơ của động cơ điện
Đặc tớnh cơ biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ quay và mụ men quay:
@ = f(M) hoặc n = F(M)
1 Đặc tớnh cơ của cơ cấu sản xuất:
Trang 17PHAN I- CHUONG 1
À
Mc_ - mụ men cẩn của cơ cấu sản xuất ở tốc độ œ nào đú;
Me, - mụ men cẩn của cơ cấu sản xuất ở tốc độ œ = 0; Mea„ - mụ men cẩn của cơ cấu sản xuất Ở œ = @ạm ; k - sốmủũ đặc trưng cho phụ tải, ( = 0, +1, 2)
> Trường hợp k = 0: đõy là đặc tinh cơ của cỏc cơ cấu nõng—hạ (mỏy trục, thang mỏy), cơ cấu ăn dao mỏy cắt gọt kim loại v.v
> Trường hợp k = -1: mỏy quấn dõy, cơ cấu truyền động chớnh cỏc mỏy cắt gọt kim loại v.v
>> Trường hợp k = 1: mỏy phỏt điện một chiều với tải thuần trở
> Trường hợp k = 2: cỏc mỏy thuỷ khớ: bơm, quạt, chõn vịt tàu thủy v.v
đCam
0 Meạy Mcam
Hỡnh 1.5 Dạng đặc tớnh cơ của một số cơ cấu sản xuất
2 Đặc tớnh cơ của động cơ điện:
Đặc tớnh cơ œ = f(M) của động cơ điện chia ra: đặc tớnh cơ tự nhiờn và đặc tớnh cơ nhõn tạo Dạng đặc tớnh cơ của mỗi loại động cơ khỏc nhau sẽ khỏc nhau
a) Đặc tớnh cơ tự nhiờn (tn):
Đú là quan hệ œ = f(M) của động cơ điện khi cỏc thụng số điện: điện ỏp, tần số, là định mức theo chế độ đó được thiết kế chế tạo và mạch điện của động cơ khụng nối
thờm điện trở, điện khỏng,
b) Đặc tớnh cơ nhõn tạo (nt):
Đú là quan hệ œ = f(M) của động cơ điện khi cỏc thụng số điện khụng đỳng định mức hoặc khi mạng điện cú nối thờm điện trở, điện khỏng, hoặc cú sự thay đổi mạch
nối
3 Độ cứng của đặc tớnh cơ:
Đại lượng độ cứng của một đường đặc tớnh cơ là:
Trang 18-13-B= AM = cotg(œ) (1.1.9)
Aa
Độ cứng B của một đặc tớnh cơ được dựng để đỏnh giỏ đặc tớnh cơ đú
đ Đặc tớnh cơ cứng tuyệt đối Đặc tớnh cơ cứng Dac tinh co mộm oe er M 0 `——~—” AM Hỡnh 1.6 Độ cứng đặc tớnh cơ
— Khi lBI nhỏ, đặc tớnh cơ là mềm (IBI<10) — Khi lBI lớn, đặc tớnh cơ là cứng (IBI =10+100)
— Khi IBI = œ, đặc tớnh cơ là nằm ngang và là cứng tuyệt đối
Trang 19PHAN I- CHUONG 1
Trang 21PHAN I - CHUONG 2
Điều chỉnh tốc độ động cơ là chủ động thay đổi tốc độ động cơ theo ý muốn của người hay thiết bị điểu khiển sao cho phự hợp với quy trỡnh cụng nghệ của bộ phận làm việc của mỏy sản xuất
Để thay đổi tốc độ bộ phận làm việc của mỏy sản xuất cú thể thực hiện bằng hai phương phỏp:
—_ Thay đổi tỉ số truyền của bộ phận truyền lực hoặc biến tốc đặt giữa động cơ và bộ phận làm việc của mỏy sản xuất (Ă = @p/@wsx)
—_ Thay đổi tốc độ động cơ
Ở đõy ta chỉ xột đến phương phỏp thay đổi tốc độ động cơ
A—CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MAY DIEN MOT CHIEU
Trang 23PHAN I - CHUONG 2 6 Mạch điện phần ứng: Phiến gúp Hỡnh 2.6 @ cú h @ Lũ xo cố định chổi than ậ teal 7 Cấu trỳc chổi than: Đầu chỉnh độ căng lũ xo Hỡnh 2.7
Mỏy điện một chiều về cơ bản cú hai phần mạch điện: mạch kớch từ và mạch phần ứng Phần kớch từ nằm ở phần tĩnh hay stator của mỏy điện bao gồm cỏc cuộn dõy quấn quanh cỏc cực từ của stator Cỏc cực từ này hướng vào trong stator như trờn hỡnh 2.1 TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 24-19-Số cực từ là một số chấn và chỳng sắp sếp xen kẻ theo cực tớnh nam - bắc Cuộn kớch từ, dũng điện cũng như thụng lượng của cỏc cực từ là như nhau Cỏc cuộn dõy kớch từ được nối nối tiếp Dũng điện cấp cho cuộn kớch từ nhằm từ húa cỏc cực từ và tạo ra từ thụng trong khe hở khụng khớ giữa stator và rotor của động cơ Mạch kớch từ khụng phải là mạch tiờu thụ cụng suất nguồn chớnh trong mỏy điện
Mạch phần ứng tiờu thụ cụng suất nguồn chớnh và nằm trờn rotor Cỏc cuộn dõy
của phần ứng đặt trong cỏc rónh phõn bố trờn chu vi bể mặt của rotor (hỡnh 2.4) độ
rộng một cuộn dõy gọi là bước cuộn dõy, bằng bể rộng vựng dưới một cực từ, được gọi là bước cực Do đú nếu một cạnh tỏc dụng của cuộn dõy đang nằm dưới một cực bắc thỡ
cạnh cũn lại sẽ nằm dưới cực nam kế bờn Cỏc cuộn dõy trờn mạch phần ứng nối nhau thành mạch kớn, kết thỳc của cuộn này sẽ là bắt đầu của cuộn tiếp đú và kết thỳc của
cuộn dõy cuối cựng sẽ nối vũng đến điểm bắt đầu của cuộn đầu tiờn Dũng điện một chiều được đưa vào hay lấy ra từ dõy quấn phõn ứng thụng qua cỏc chổi than tỡ lờn cổ gúp Cổ gúp là một kết cấu hỡnh trụ trờn bể mặt cú nhiễu phiến gúp, số phiến gúp bằng
số cuộn dõy và chỳng được cỏch điện với nhau bằng mica Đầu kết thỳc của một cuộn
và khởi đầu của một cuộn ứng khỏc được nối đến chung một rónh gắn đầu ra cuộn dõy trờn phiến gúp (hỡnh 2.5)
Kết nối mạch phần ứng như trờn hỡnh 2.6 Dũng điện đưa vào phần ứng qua chổi than và cổ gúp Chổi than B; được nối đến phiến gúp số 1, và chổi kia nối đến phiến gúp số 13 Dũng điện đến phần ứng từ chổi than B; phiến gúp số I và vũng về ở phiến gúp 13 tại chổi than B; theo hai đường dẫn song song, mỗi đường dẫn tải một nửa dũng phần ứng Mỗi đường gồm mười hai cuộn dõy, trờn hỡnh 2.6 là hai mạch nhỏnh cú cỏc cuộn : nhỏnh phải gồm từ cuộn AA’ đến cuộn WW' và nhỏnh kia phần cũn lại Mỗi cuộn dõy trong nhúm mười hai cuộn dõy này, giả sử cuộn đầu tiờn nằm dưới một cực bắc thỡ cuộn cuối trong nhúm sẽ kết thỳc nằm dưới cực nam Mạch nhỏnh gồm mười hai cuộn cũn lại sẽ ngược lại, bắt đầu nằm dưới một cực nam và kết thỳc cực bắc Khi rotor quay, dũng điện chảy trong cuộn dõy nằm dưới một cực từ khụng đổi, tiếp xỳc chổi than-cổ gúp thay đổi Vỡ chiều dũng điện trong cỏc cuộn dõy ngược nhau và do
cỏch bố trớ xen kẻ của cực từ, mụ men tạo ra do cỏc cuộn dõy cú cựng chiều Nhờ hệ
chổi than-cổ gúp mà mỏy điện mới cú thể làm việc với nguồn một chiều
Dong điện trong cỏc cuộn dõy phần ứng thực ra là xoay chiểu vỡ mỗi lần một cuộn dõy dịch chuyển từ vựng tỏc động của một cực từ sang vựng tỏc động của một cực từ khỏc, dũng điện trong nú bị đảo chiều Ta cú thể núi hệ cổ gúp và chổi than hoạt động
như một bộ biến đổi dũng điện một chiều thành dũng điện xoay chiểu trong cỏc cuộn
dõy phần ứng
B—ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1 Động cơ điện một chiều kớch từ độc lập và kớch từ song song:
Trang 25-PHAN I - CHUONG 2
Ở động cơ điện một chiều kớch từ độc lập, cuộn kớch từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (cuộn ứng) + U - + U - I Ty _— ` Lit Ru Let Rit * Une -
Hỡnh 2.8 a)—Sơ đồ nguyờn lý nối dõy động b) —Sơ đụ nguyờn lý nối dõy động cơ cơ một chiểu kớch từ độc lập một chiều kớch từ song song
a) Phương trỡnh đặc tớnh cơ:
Khi động cơ làm việc, rotor mang cuộn ứng quay trong từ trường cuộn cảm nờn
trong cuộn ứng xuất hiện một sức điện động cảm ứng (hay cũn gọi là sức phẩn điện
động) cú chiều ngược với điện ỏp đặt vào phần ứng của động cơ Phương trỡnh điện ỏp ở mạch rotor sẽ là:
U=E+lIyRw (1.2.1)
Trong đú:
U_ - điện ỏp lưới, V;
E - sức điện động của động cơ, V; I, _ - dũng điện phần ứng của động cơ, A; Rựy - điện trở toàn bộ mạch phần ứng, O;
Ry = Ru + Ron (1.2.2)
Rony - diộn trở phụ trong mạch phần ứng, â;
R, - điện trở mạch phần ứng, O;
Re = Tu + Ta + Tom + Top (1.2.3)
Ty - diộn trộ cudn day phan ting, OQ;
rạ _ - điện trở tiếp xỳc giữa chổi than và phiến gúp, â; re; _- điện trở cuộn bự, O;
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 26-21-Top - điện trở cuộn phụ, â;
Sức điện động phần ứng tỉ lệ với tốc độ quay của rotor:
E = kbo (1.2.4)
Trong đú:
đ_ - từthụng qua một cực từ, Wb;
œ - tốc độ goc cua rotor, rad/s;
k_ - hệ số, phụ thuộc vào kết cấu của động cơ
= Zz (1.2.5)
Với
p_ - số đụi cực từ chớnh;
ẹ_ - sốthanh dẫn tỏc dụng của cuộn ứng; a - số mạch nhỏnh song song của cuộn ứng
Nhờ lực từ trường tỏc dụng vào dõy dẫn phần ứng khi cú dũng điện, rotor quay dưới tỏc dụng mụ men quay M = kol, (1.2.6) Tw hệ phuong trinh (1.2.1), (1.2.4) va (1.2.6) phuong trỡnh đặc tớnh cơ œ=ƒ(M) như sau: U _ R¿y o = —-—2M kb (kđ) (2.7) b) Đường đặc tớnh cơ:
Phương trỡnh đặc tớnh cơ (1.2.7) cú dạng hàm bậc nhất y = Ax + B, nờn đường
biểu diễn trờn hệ trục tọa độ M0o là một đường thẳng với độ dốc õm Đường đặc tớnh
cơ cắt trục tung Ow tại điểm cú tung độ:
U
- — 1.2.8
Wo PA ( )
Tốc độ œg là tốc độ ứng với Mẹ = 0, nghĩa là: khi khụng cú lực cẩn nào cả Đú là
tốc độ lớn nhất của động cơ mà khụng thể đạt được ở chế độ động cơ vỡ khụng bao giờ
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 27-22-PHAN I - CHUONG 2
xdy ra Mc = 0 (do luc ma sat luộn tộn tai khi dộng cd quay) Tộc d6 wy goi là tốc độ
khụng tải lý tưởng
Oo M
Hỡnh 2.9 Đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiều kớch từ độc lập
Khi toàn bộ cỏc thụng số điện của động cơ là định mức theo thiết kế (được ghi trờn nhón động cơ) và khụng mắc thờm điện trở phụ vào mạch động cơ vỡ R„y = Ry va phương trỡnh đặc tớnh cơ sẽ là: o = Lim Ruz iy (1.2.7) KD jy, (kĐ¿„) Đường đặc tớnh cơ lỳc này gọi là đường đặc tớnh cơ tự nhiờn (Hỡnh 2.10) M Mam dm ` ^ AM,
TAI LIEU DUGC SHARE TREN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 28Khi phy tai tang dan ti’ Mc = 0 d€n Mc = Mam (AMc = Mc - 0) thỡ tốc độ động cơ
giảm dẫn từ @ xudng @im (A@ = @o - @am) Diộm A (Mam,@am) goi 1a diộm 1am viộc
định mức Phương trỡnh (I.2.7) và (.2.7)” cú thể viết dưới dạng: đ = @- Aw (1.2.9) Với độ sụt tốc tỉ lệ với mụ men tải: đ Ao = ⁄* 1.2.10) (kđ ,,,)
Như vậy, đường thẳng đặc tớnh cơ cú thể vộ dude nhd hai diộm @p va A Ciing cộ thể dựng một trong hai điểm đú kết hợp với điểm khỏc thứ ba là điểm cắt của đặc tớnh
cơ với trục hoành 0M Điểm này cú tung độ œ = 0 và hoành độ suy ra từ (I.2.7)ˆ M = Man = ky 8 =kđgnlam (1.2.11) Trong đú: U lm = R — ( 1.2.12 )
Mụ men M,m va dũng điện I„m gọi là mụ men ngắn mạch và dũng điện ngắn
mạch Đú là giỏ trị mụ men lớn nhất và dũng điện lớn nhất của động cơ khi được cấp
điện đầy đủ mà tốc độ bằng khụng Trường hợp này xảy ra khi bắt đầu mở mỏy và khi
động cơ đang chạy mà bị dừng lại vỡ bị kẹt hoặc tải quỏ lớn khụng kộo được Dũng điện
ngắn mạch này lớn và thường bằng:
lạm = (10 + 20)lạm
Nú cú thể gõy chỏy hỏng động cơ nếu hiện tượng tổn tại kộo dài
Do vậy, khi mở mỏy phải thờm điện trở phu Rpny vào mạch rotor để hạn chế dũng điện mở mỏy và khi động cơ đang chạy bị dừng lại thỡ cần phải nhanh chúng cắt điện
c) Ảnh hưởng của cỏc thụng số điện đối với đặc tớnh cơ:
Phương trỡnh (1.2.7) cho thấy, đường đặc tớnh cơ bậc nhất œ = f(M) phụ thuộc vào
cỏc hệ số của phương trỡnh, trong đú cú chứa cỏc thụng số điện U, R„z và đ Ta xột ảnh hưởng của từng thụng số này
Trang 29PHAN I - CHUONG 2
1) Trường hợp thay đổi điện ỏp phan ứng (Hỡnh 2.11)
U=var; Rus = const; đ = const đo đo1 đo2 đo3 Oo4 Mc.am
Hinh 2.11 Họ đặc tớnh cơ của động cơ điện
một chiều kớch từ độc lập khi giảm điện ỏp
phần ứng
Vỡ điện ỏp đặt vào phần ứng khụng thể vượt quỏ giỏ trị định mức nờn ta chỉ cú thể thay đổi về phớa giảm Trường hợp này, độ dốc (hay độ cứng) của đặc tớnh cơ khụng thay đổi: R —~— = const (kđ)? Cũn tốc độ khụng tải lý tưởng œụ thay đổi tỉ lệ thuận với điện ỏp : @o = YU =var kœ
Như vậy, khi thay đổi điện ỏp đặt vào phần ứng, ta được một họ cỏc đường đặc
tớnh cơ song song với đường đặc tớnh cơ tự nhiờn (tn) và thấp hơn đường đặc tớnh cơ tự
nhiờn Cỏc đường đặc tớnh cơ này gọi là cỏc đường đặc tớnh cơ nhõn tạo (nt)
2) Trường hợp thay đổi điện trở mạch phần ứng: (Hỡnh 2.12)
Ruy = var; U = const; đ = const
Vi Rus = Ry + Rony nộn diộn trở mạch phần ứng chỉ cú thể thay đổi về phớa tăng Ry ny Trường hợp này, tốc độ khụng tải giữ nguyờn:
@o = ˆ = const kœ
Cũn độ dốc (hay độ cứng) thay đổi tỉ lệ thuận theo Ru:
Trang 30@ @o Ret Rona Rt Rpny2 A 0 RitRoius Mcam ° M
Hỡnh 2.12 Họ đặc tớnh cơ của động cơ điện
một chiều kớch từ độc lập khi tăng điện trở
mạch phần ứng
Như vậy, khi tăng điện trở R„„ trong mạch phần ứng, ta được một họ cỏc đường
đặc tớnh cơ nhõn tạo cựng đi qua điểm (0, wy)
3) Trường hợp thay đổi từ thụng kớch từ : (Hỡnh 2.13)
@đ = var; Rys = const; U = const
Mcam
Hỡnh 2.13 Họ đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiều kớch từ độc lập khi giảm từ thụng
Trang 31PHAN I - CHUONG 2
Để thay đổi từ thụng đ, phải thay đổi dũng kớch từ nhờ biến trở R¿; mắc ở mạch cuộn cảm Vỡ chỉ cú thể tang Ry nộn từ thụng kớch từ chỉ cú thể thay đổi về phớa giảm Trường hợp này, cả tốc độ khụng tải lý tưởng và độ dốc đặc tớnh cơ đều thay đổi U @đọ= —— =Võr kđ R ——*š- =var (kđ)?
Khi giảm từ thụng, œạ tăng, cũn độ dốc thỡ giảm mạnh d) Đảo chiều quay động cơ:
Chiểu từ lực tỏc dụng vào dũng điện xỏc định theo quy tắc bàn tay trỏi Khi đảo chiểu từ thụng hay dao chiộu dũng điện thỡ từ lực cú chiều ngược lại Vậy, muốn đảo
chiều quay của động cơ điện một chiều cú thể thực hiện một trong hai cỏch:
— hoặc đảo chiểu từ thụng (qua đảo chiễểu dũng điện kớch từ)
— hoặc đảo chiều dũng điện phần ứng
Đường đặc tớnh cơ của động cơ khi quay thuận và khi quay ngược là đối xứng nhau qua gốc tọa độ
Phương phỏp đảo chiểu từ thụng thực hiện nhẹ nhàng vỡ mạch từ thụng cú cụng suất nhỏ hơn mạch phần ứng Tuy vậy, vỡ cuộn kớch từ cú số vũng dõy lớn, hệ số tự cảm lớn, do đú thời gian đảo chiều tăng lờn nờn phương phỏp này ớt dựng Ngoài ra, dựng phương phỏp đảo chiều từ thụng thỡ khi từ thụng qua trị số khụng cú thể làm tốc độ tăng quỏ, khụng tốt
e) Mở mỏy động cơ kớch từ độc lập:
Lỳc bắt đầu đúng điện cho động cơ, tốc độ động cơ cũn bằng khụng nờn dũng
điện động cơ lạm tớnh theo (I.2.12) rất lớn, tạo ra mụ men ngắn mạch Mạm tớnh theo
(12.11) cũng rất lớn và cú thể gõy ra cỏc hậu quả xấu Dũng điện mở mỏy:
Yan = (10 + 20)lam
lóm = lam
Đối với động cơ cú cụng suất càng lớn thỡ R¿ thường cú giỏ trị càng nhỏ và dũng Inm cang lớn Điều này làm xấu chế độ chuyển mạch trong động cơ, đốt núng mach động cơ và gõy sụt ỏp lưới điện Tỡnh trạng càng xấu hơn nếu hệ truyền động điện TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 32-27-thường phải mở mỏy, đảo chiều, hóm điện -27-thường xuyờn như ở mỏy trục, mỏy cỏn đảo chiểu, thang mỏy lờn xuống, v.v
Mụ men mở mỏy quỏ lớn sẽ tạo ra cỏc xung lực động làm hệ truyền động bị giật, lắc, khụng tốt về mặt cơ học, hại mỏy và cú thể gõy ra nguy hiểm như: góy trục, vỡ
bỏnh răng, đứt cỏp, đứt xớch, v.v
Mm = Mạm = kđamlnm
Vậy, để đảm bảo an toàn cho động cơ và cỏc cơ cấu truyền động cũng như trỏnh ảnh hưởng xấu tới lưới điện, phải hạn chế dũng điện khi mở mỏy, khụng cho vượt quỏ giỏ trị:
lam = (15 + 2,5) lạm
Nghĩa là cần phải thờm điện trở phụ R„„„ vào mạch phần ứng sao cho:
= Yan in = 1,5 + 2,5)Tam Rit Rou Rus
lõm
Cụng suất động cơ lớn thỡ chọn Iụm nhỏ
Trong quỏ trỡnh mở mỏy, tốc độ động cơ œ tăng dẫn, sức điện động của động cơ E = kđứ cũng tăng dẫn và dũng điện động cơ bị giẩm:
U-E Ry + Roa
Do đú mụ men động cơ cũng giảm Do vậy, khi mụ men giảm đi một mức nào đú thỡ phải cắt điện trở phụ R„„„ trong mạch phần ứng để động cơ trở về làm việc (hay tiếp tục mở mỏy) trờn đặc tớnh tự nhiờn
Túm lại, để hạn chế dũng điện quỏ lớn lỳc mở mỏy phải thờm điện trở vào mạch phần ứng Trong quỏ trỡnh động cơ tăng tốc, phải loại bổ dần cỏc điện trở mở mỏy ra khỏi mạch phần ứng
2 Động cơ điện một chiờểu kớch từ nối tiếp:
Động cơ điện một chiều kớch từ nối tiếp cú cuộn kớch từ mắc nối tiếp với cuộn dõy
phõn ứng Với cỏch mắc nối tiếp, dũng điện kớch từ bằng dũng điện phần ứng nờn cuộn dõy kớch từ nối tiếp cú tiết diện dõy lớn và số vũng dõy ớt Từ thụng của động cơ phụ
thuộc vào dũng điện phần ứng (tức là phụ thuộc vào tải):
đ=kl (L2.13)
Trong đú:
k' - hệ số phụ thuộc cấu tạo của cuộn dõy kớch từ
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 33PHAN I - CHUONG 2 @pnf- 7-00 My + NY
Hinh 2.14 a) —So dộ nguyộn ly nội day dong b) — Từ thụng động cơ một chiều kớch cơ một chiểu kớch từ nối tiếp từ nối tiếp phụ thuộc vào dũng điện
phần ứng (cũng là dũng kớch từ)
Biểu thức (I.2.13) cho biết: từ thụng đ phụ thuộc tuyến tớnh vào dũng điện phần ứng (tức dũng điện kớch từ) Điều nỏy đỳng khi mạch từ khụng bóo hũa từ và khi dũng diộn I, < (0,8 + 0,9)lạm.Tiếp tục tăng I¿ thỡ tốc độ tăng từ thụngđ chậm hơn tốc độ tăng
Trang 34-Đường đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiều kớch từ nối tiếp theo phương trỡnh (12.14) là một đường hyperbol Rphu = 0 “A Ronut ~ Rohu2
Hỡnh 2.15 Đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiểu kớch từ nối tiếp
Thực tế, động cơ thường được thiết kế để làm việc với mạch từ bóo hũa ở vựng tải định mức Do vậy, khi tải nhỏ, đặc tớnh cơ cú dạng đường hyperbol bậc hai và mềm,
cũn khi tải lớn (trờn định mức) đặc tớnh cú dạng gần thẳng và cứng hơn vỡ mạch từ đó bóo hũa (đ = const)
Khi Mc = 0 (1, = 0), theo (1.2.14) thỡ trị số œ sẽ vụ cựng lớn Thực tế, do luụn cú
Mẹ z 0 vỡ khụng thể khụng cú lực ma sỏt ở cổ trục động cơ và mạch từ khi l¿, = 0 vẫn cũn cú từ dư (đa¿„ # 0) nờn khi khụng tải Mẹ z 0, tốc độ động cơ sẽ là:
U (1.2.15)
Tốc độ này khụng phẩi lớn vụ cựng nhưng do từ dư đ¿¿ nhỏ nờn œo cũng lớn hơn
nhiều so với trị số định mức (5 + 6)@am„ và cú thể gõy hại và nguy hiểm cho hệ truyền động điện Vỡ vậy, khụng được để động cơ một chiễểu kớch từ nối tiếp làm việc ở chế độ
khụng tải hoặc rơi vào tỡnh trạng khụng tải Khụng dựng động cơ một chiểu kớch từ nối tiếp với cỏc bộ truyền đai hoặc ghộp nối (ly hợp ma sỏt) Thụng thường, tải tối thiểu của động cơ là khoảng (10 + 20)% định mức Chỉ những động cơ cụng suất rất nhỏ(vài chục watt) mới cú thể cho phộp chạy khụng tải
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 35-PHAN I - CHUONG 2
Do đường đặc tớnh cơ mềm nờn tốc độ động cơ một chiểu kớch từ nối tiếp biến
động mạnh theo phụ tải 6 vựng tải lớn thỡ độ cứng đặc tớnh cơ lớn hơn, do đú tốc độ ớt bị thay đổi mạnh theo tải
Phương trỡnh đặc tớnh cơ tự nhiờn suy từ (I.2.14) với R„s = Rự R U = o = ——-— (L2.14)° YXkkhxM kk Đặc tớnh cơ cắt trục hoành tại điểm Mmm, tri SS Mmm Suy ra khi cho w = 0: 2 Mạằ = kk’ H = kk’ Tym? (1.2.16) Trong đú: Im = mR (1.2.17) 2
c) Ảnh hưởng của cỏc thụng số điện đối với đặc tớnh cơ:
Phương trỡnh (1.2.14) cho thấy: đặc tớnh cơ œ = f(M) của động cơ điện một chiều
kớch từ nối tiếp bị ảnh hưởng bởi điện trở mạch động cơ (mạch phần ứng và cũng là
mạch kớch từ)
Đặc tớnh cơ tự nhiờn (tn) cao nhất ứng với điện trở phụ Rpuụ = 0 cỏc đặc tớnh cơ nhõn tạo (né) ứng với R„ụụ # 0 Đặc tớnh càng thấp khi Rony càng lớn
Ở động cơ một chiều kớch từ nối tiếp, dũng điện phần ứng cũng là dũng điện kớch từ nờn khả năng tải của động cơ hầu như khụng bị ảnh hưởng bởi điện ỏp
d) Đảo chiờu quay động cơ kớch từ nối tiếp:
Cũng như động cơ một chiều kớch từ song song, động cơ kớch từ nối tiếp sẽ đảo chiễu quay khi đảo chiểu dũng điện phần ứng
e) Mở mỏy động cơ kớch từ nối tiếp:
Lỳc mở mỏy động cơ, phải đưa thờm điện trở mở mỏy vào mạch động cơ để hạn chế dũng điện mở mỏy trong giới hạn khụng quỏ 2,5lam Trong quỏ trỡnh động cơ tăng
tốc, phải cắt dần điện trở mở mỏy, động cơ sẽ làm việc trờn đường đặc tớnh cơ tự nhiờn
khụng cú điện trở mở mỏy
Trang 36-31-3 Động cơ điện một chiểu kớch từ hỗn hợp:
Động cơ điện một chiều kớch từ hỗn hợp ớt gặp hơn cỏc loại động cơ đó xột ở cỏc
mục trờn Trong động cơ loại này, từ thụng được tạo ra do tỏc dụng đồng thời của hai
cuộn kớch từ: một cuộn song song (ktss) và một cuộn nối tiếp (ktnt) Do vậy, đường đặc
tớnh cơ của động cơ điện một chiều kớch từ hỗn hợp phõn bổ giữa đặc tớnh cơ của động
cơ một chiều kớch từ song song và đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiểu kớch từ nối
tiếp
Nếu từ trường của cuộn song tạo ra mạnh hơn từ trường của cuộn nối tiếp thỡ đặc tớnh cơ của động cơ kớch từ hỗn hợp gần đặc tớnh cơ của động cơ kớch từ song song hơn
Nếu từ trường của cuộn nối tiếp tạo ra mạnh hơn từ trường của cuộn song song thỡ đặc tớnh cơ của động cơ kớch từ hỗn hợp gần đặc tớnh cơ của động cơ kớch từ nối tiếp hơn
Một trong những đặc điểm của động cơ kớch từ hỗn hợp là cú đặc tớnh cơ mễm, cú thể chạy ở chế độ khụng tải vỡ tốc độ khụng tải cú giỏ trị giới hạn
C—NGUYấN Lí LÀM VIỆC
Khi đặt vào trong từ trường một dõy dẫn và cho dũng điện chạy qua dõy dẫn thỡ từ trường sẽ tỏc dụng một lực từ vào dũng điện (vào dõy dẫn) và làm dõy dẫn chuyển
động Chiểu của lực từ được xỏc định bằng quy tắc bàn tay trỏi
Động cơ điện núi chung và động cơ một chiểu núi riờng làm việc theo nguyờn lý
này
Ta xột cấu tạo của một động cơ một chiều
Từ trường được tạo ra nhờ cỏc cuộn dõy cú dũng điện một chiểu chạy qua Cỏc cuộn này gọi là cuộn cảm (hay cuộn kớch từ) và được quấn quanh cỏc cực từ Thường thỡ stator động cơ cú đặt cỏc cuộn cẩm nờn stator cũn gọi là phần cẩm Từ trường do
cuộn cẩm tạo ra sẽ tỏc dụng một từ lực vào cỏc dõy dẫn rotor đặt trong cỏc rónh của
rotor khi cú dũng điện chạy qua Cuộn dõy này gọi là cuộn ứng Dũng điện đưa vào cuộn ứng qua cỏc chổi than và cổ gúp Rotor mang cuộn ứng nờn gọi là phần ứng
Trang 37PHAN I - CHUONG 2
Hỡnh 2.16 Sơ đổ nguyờn lý cấu tạo động cơ điện một chiểu: 1- cổ gúp điện; 2- chổi than; 3- rotor; 4- cực từ; 5- cuộn cẩm(cuộn kớch từ); 6- stator, 7- cuộn tng
Giả sử cỏc dõy dẫn cuộn ứng ở nửa trờn rotor cú dũng điện hướng vào, cũn cỏc dõy dẫn cuộn ứng ở nửa dưới rotor cú dũng điện hướng ra hỡnh vẽ Từ lực E tỏc dụng
vào cỏc dõy dẫn rotor cú chiều xỏc định theo quy tắc bàn tay trỏi sẽ tạo ra mụ men làm quay rotor ngược chiều kim đồng hồ
Khi động cơ làm việc, cuộn cẩm tạo ra từ trường đ dọc trục cực từ và phõn bố đối
xứng đối với cực từ Mặt phẳng 00' trờn đú cú đặt chổi than, vừa là mặt phẳng trung tớnh hỡnh học vừa là mặt phẳng trung tớnh vật lý Đồng thời, dũng điện trong cuộn ứng cũng tạo ra từ trường riờng đ„ hướng ngang trục cực từ Từ trường tổng trong động cơ TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRấN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM
Trang 38-33-mất tớnh chất đối xứng dọc trục và mặt phẳng trung tớnh vật lý quay đi một gúc ÿ
(ngược chiều quay của rotor) so với mặt phẳng trung tớnh hỡnh học (Hỡnh 2.17)
Hỡnh 2.17 Từ trường trong động cơ điện một chiều a)—do cuộn cắm tạo ra
Trang 39-PHAN I - CHUONG 2
Phản ứng phần ứng là một trong những nguyờn nhõn gõy ra tia lửa giữa chổi than và cổ gúp cũng như giữa cỏc lỏ gúp trong cổ gúp Cú thể hạn chế ảnh hưởng này nhờ xoay chổi than theo vị trớ mặt phẳng trung tớnh vật lý (tức là theo gúc B) Thụng thường trong cỏc động cơ điện một chiều hiện nay, người ta dựng phương phỏp thờm cực từ phụ
Hỡnh 2.18 Phõn bố cực từ phụ trong động cơ điện một chiều 1- cực từ phụ; 2- cuộn dõy cực từ phụ(cuộn phụ); 3- cuộn kớch
từ(cuụn cảm): 4- cưc từ chớnh
Cực từ phụ được đặt giữa cỏc cực từ chớnh và cuộn dõy cực từ phụ sẽ tạo ra từ trường ngang trục so với từ trường chớnh và ngược chiều với từ trường đ„ của cuộn ứng để khử từ trường đ„ Nhờ vậy, phản ứng phần ứng bị hạn chế và quỏ trỡnh chuyển mạch trong động cơ sẽ tốt hơn
TAI LIE ITE
Trang 40Vỡ từ trường đ„ gõy ra phản ứng phần ứng tỉ lệ với dũng điện phần ting I, nộn cuộn dõy cực từ phụ được mắc nối tiếp với cuộn dõy phần ứng Do vậy, khi dũng điện phần ứng tăng lờn, phản ứng phần ứng mạnh lờn thỡ cuộn dõy cực từ phụ cũng sinh ra từ trường ngược mạnh hơn để khử từ trường đ„
Ngoài ra, biện phỏp tăng khe hở khụng khớ giữa stator và rotor cũng được ỏp dụng Cỏch này dẫn tới sự tăng kớch thước động cơ và phải tăng cường thờm cuộn kớch từ chớnh vỡ khe hở khụng khớ lớn sẽ làm yếu từ trường chớnh
Ở cỏc động cơ một chiểu cụng suất trung bỡnh và lớn biện phỏp chớnh là thờm
cuộn dõy bự đặt trong rónh ở cỏc cực từ chớnh nhằm tạo ra từ thụng đ¿ ngược chiều với
đ; làm từ trường ở khe hở khụng khớ khụng bị mộo nữa Cuộn bự cũng được mắc nối tiếp với cuộn ứng