CT 2 Xây dựng đặc tính cơ giới của động cơ điện kéo bằng phương pháp lý thuyết TS. đỗ việt dũng Bộ môn Đầu máy – Toa xe Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Đường đặc tính cơ giới M = f(n Đ ) của động cơ điện kéo, được xây dựng từ đặc tính cơ điện n = f(I) và mô men M = f(I), là một trong các đặc tính làm việc chủ yếu, quyết định dạng của đặc tính sức kéo đầu máy diesel. Để có thể xác định đặc tính cơ M = f(n Đ ) cho động cơ điện kéo khi không có điều kiện thí nghiệm, nhất thiết phải thiết lập được đặc tính cơ điện và đặc tính mô men bằng phương pháp lý thuyết. Nội dung bài báo trình bày cơ sở của phương pháp xây dựng đặc tính và kết quả thu được khi tính toán lý thuyết đặc tính cơ giới cho động cơ điện kéo TEO-15B trên đầu máy D12E. Summary: Mechanic property curve M = f(n i ) of traction electric motors is built from electro- mechanic property curve n = f(I) and moment M = f|I, which is one of main working properties, determining traction property curve for diesel locomotives. In order to specify a mechanic property curve M = f(n i ) for traction electric motors when condition for experiments is not available, it is necessarily to build electro-mechanic property and moment property by theoretical methods. This paper presents a basis of the property curve building method and the outcomes as a result of theoretical calculation of the mechanic property curve for Traction Electric Motor TEO - 15B in Diesel Locomotive D12E. i. Đặt vấn đề Đường đặc tính cơ giới (hay đặc tính cơ) biểu diễn mối quan hệ giữa mô men với tốc độ quay trên trục động cơ điện kéo (ĐCĐK) M = f(n). Dạng của đặc tính cơ của ĐCĐK hoàn toàn đồng dạng với đặc tính sức kéo, vì vậy, nó có ảnh hưởng rất quan trọng đến tính năng và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của đầu máy. Đặc tính cơ hoàn toàn được thiết lập từ hai đặc tính cơ điện n = f(I) và đặc tính mô men M = f(I) của ĐCĐK. Nội dung bài báo đã đăng [1] giới thiệu phương pháp lý thuyết xây dựng đặc tính n = f(I) cho ĐCĐK. Để xây dựng được đặc tính cơ giới, còn cần phải thiết lập được đặc tính mô men M = f(I) biểu diễn mối quan hệ giữa mô men trên trục ĐCĐK với dòng điện kéo. Từ hai đặc tính đã có, hoàn toàn có thể xây dựng được đặc tính M = f(n) cho ĐCĐK. Trên cơ sở đã thiết lập được đặc tính từ hoá của mạch từ hoá của các ĐCĐK cụ thể [1] và các tham số kết cấu và thông số kỹ thuật của chúng, sử dụng phương pháp tính toán bằng lý thuyết, chúng ta có thể xây dựng được đặc tính mô men và từ đó thiết lập được quan hệ của đặc tính cơ cần tìm. CT 2 ii. Phương pháp chung xây dựng đặc tính mô men M = f(I) [1], [2], [3] Với ĐCĐK một chiều kích từ nối tiếp, trong điều kiện không có bệ thử chuyên dùng để thử nghiệm, đo đạc xây dựng các đặc tính, với độ chính xác chấp nhận được, ta có thể từ các thông số kết cấu và các thông số kỹ thuật cơ bản để xác định đặc tính mô men M = f(I Đ ). Khi đó, kết hợp với đặc tính cơ điện n = f(I Đ ) đã thiết lập được, xây dựng đặc tính cơ giới M = f(n) cần tìm. Tương tự như quá trình xây dựng đặc tính cơ điện [1], các bước tính toán lý thuyết xây dựng đặc tính mô men cụ thể như sau: 2.1. Xây dựng đường cong từ hoá ễ = f( I kt ) Cũng như đặc tính cơ điện, để xây dựng đặc tính mô men của ĐCĐK, trước tiên cần xây dựng đường cong từ hoá ễ = f( I kt ) của vật liệu dẫn từ động cơ (với I kt : là dòng điện kích từ vào cuộn kích thích W kt của ĐCĐK). Quá trình tính toán đã được giới thiệu trong [1]. Với kết cấu của ĐCĐK cụ thể, xác định mặt cắt của các bộ phận dẫn từ, chiều dài đường sức, xác định giá trị của mật độ từ thông và sức từ động cần thiết F kto = I kt .W kt . Từ kết quả tính toán ta có thể xây dựng được đường cong từ hoá ễ = f(I kt ) (hình 1). 2.2. Xây dựng đường đặc tính mô men M = f(I Đ ) cho ĐCĐK Đường đặc tính mô men của ĐCĐK một chiều kích từ nối tiếp M = f(I Đ ) thường được xác định dựa vào biểu thức (1): [2] M= K M . ễ.I Đ [N.m] (1) trong đó: M- trị số mô men điện từ trên trục ĐCĐK [N.m] I Đ - dòng điện phần ứng của ĐCĐK (A) c - trị số từ thông chính của ĐCĐK (Wb) K M – hệ số kết cấu của máy điện khi tính mô men trong đó: K M = a2 pN (2) Với: p - số đôi cực từ ; N - số thanh dẫn phần ứng ; a - số đôi mạch nhánh song song. Do quan hệ giữa từ trường chính của ĐCĐK c với dòng điện kéo I Đ = I kt , là quan hệ tỷ lệ (khi mạch từ chưa bão hoà), nên dạng đặc tính mô men điện từ M = f(I Đ ) của ĐCĐK một chiều kích từ nối tiếp có dạng là đường parabol [2], [3]. Khi đã thiết lập được đường cong từ hoá, ta hoàn toàn có thể xác định được quan hệ của mô men điện từ trên trục ĐCĐK với dòng điện kéo theo các bước sau: - Chọn các dòng điện phụ tải khác nhau; Hình 1. Đặc tính từ hoá (không tải) của ĐCĐK CT 2 - T ng c tớnh t hoỏ = f( I kt ) ó thit lp, xỏc nh cỏc giỏ tr t thụng tng ng vi dũng in kộo; - Lp bng giỏ tr tớnh cỏc giỏ tr tng ng vi cỏc im to ca ng cong c tớnh mụ men M = f(I) theo biu thc (1), (2). ng c tớnh mụ men M = f(I) nhn c sau khi xõy dng cú dng l ng parabol (hỡnh 2). 2.3. Xõy dng ng c tớnh c M = f(n) cho CK T c tớnh t hoỏ = f( I kt ), c tớnh c in n = f(I) tng ng vi giỏ tr bin thiờn ca in ỏp mỏy phỏt in kộo u mỏy (c tớnh ngoi U F = f(I F )) cp cho CK v c tớnh mụ men M = f(I) (hỡnh 2), ta cú th xõy dng c c tớnh c M = f(n) bng phng phỏp th [4] hoc ng dng mỏy tớnh in t thit lp c tớnh bng phng phỏp gii tớch. Thut toỏn chng trỡnh thit lp c tớnh M = f(n) bng gii tớch khi ó cú cỏc tham s kt cu xỏc nh ng cong t hoỏ, c trỡnh by trờn hỡnh 3. T thut toỏn ó cú, thit lp chng trỡnh tớnh toỏn trờn mỏy tớnh in t, ng vi mt b T c th, nhp s liu vo chng trỡnh vi c tớnh iu chnh ca MFK U F = f(I F ) di dng bng s v thụng s kt cu c th ca CK, ta thu c dng c tớnh c M = f(n) cụng sut ton ti nh trờn hỡnh 4. iii. Xõy dng c tớnh c M = f(n) cho CK u mỏy D12E [5] ng c in kộo ca u mỏy D12E l loi ng c in mt chiu kớch t ni tip ký hiu TEO 15B. Kt cu ca CK TEO 15B c th hin trờn hỡnh 5. Dac tinh toc do va mo men 0 100 200 300 400 500 600 700 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 I M,n M=f(I) n=f(I) Dac tinh toc do va mo men 0 100 200 300 400 500 600 700 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 I M,n M=f(I) n=f(I) Hỡnh 2. ng c tớnh mụ men v tc ca CK u mỏy D12E Bắt đầu Tính đm Tính K M Tính K e Lập dãy giá trị ci (i=1-n) Tính B i (I KTi ) Nhập dữ liệu ĐCĐK (Thông số kỹ thuật, kết cấu ) Tính F i (I KTi ) Tính F i (I KTi ) Đặc tính từ hoá c =f( I KTi )=f(I i ) Tính I KTi Tính I KTi Đặc tính cơ điện n =f( I i ) Đặc tính mô men M =f( I i ) Đặc tính cơ M =f(n i ) i=n i=1 In đặc tính Đ i= i+1 S Kết thúc Hỡnh 3. Lu tớnh toỏn thit lp c tớnh c cho CK Dac tinh co DCDK TEO15B 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 n(v/p) M (Nm) Hỡnh 4. ng c tớnh c M = (n) ca CK TEO 15B CT 2 Để xây dựng đường đặc tính n = f(I) hoặc V K = f(I) cho ĐCĐK, từ đặc tính ngoài của máy phát điện kéo U F = f(I F ) ứng với tay máy số 9 và các tham số kỹ thuật của ĐCĐK TEO 15B, áp dụng phương pháp và các biểu thức tính toán đã nêu, thiết lập chương trình tính theo các thuật toán của phương pháp (hình 3) tính toán mạch từ, xác định đặc tính từ hoá, tốc độ vòng quay ĐCĐK n đ , vẽ các đặc tính theo kết quả tính toán. Các kết quả tính được trình bày trên bảng kết quả, đường cong từ hoá xác định được thể hiện trên hình 1, đặc tính cơ điện, đặc tính mô men và đặc tính cơ thể hiện trên hình 2 và 4. Bảng kết quả tính toán xây dựng đặc tính cơ M = f(n) cho ĐCĐK TEO 15B TT Thông số 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 I (A) 55 110 165 220 275 330 385 440 495 550 605 660 715 770 825 880 2 n(v/ph) 603.7 182.7 91.1 56.3 39.2 29.4 23.3 19.1 16.2 13.9 12.2 10.8 9.6 8.5 7.6 6.7 3 M(N/m) 174.99 212.74 240.01 265.52 291.49 318.78 347.82 378.77 411.64 446.29 482.07 518.55 554.69 589.22 620.64 647.32 iv. Kết luận Bằng phương pháp lý thuyết, dựa trên các tham số kết cấu của máy điện kéo trên đầu máy cụ thể, nội dung bài báo đã đưa ra phương pháp và thiết lập chương trình tính để xây dựng đặc tính cơ M = f(n) cho đầu máy diesel nói chung và tính cụ thể cho đầu máy D12E. Từ kết quả thu được, kết hợp với các thông số kết cấu của đầu máy, hoàn toàn có thể thiết lập các đặc tính sức kéo khi toàn tải của đầu máy D12E với độ chính xác cao phù hợp với đặc tính làm việc của ĐCĐK cụ thể của đầu máy. Mặt khác, khi có đầy đủ các đặc tính làm việc của máy phát điện kéo ở các phụ tải bộ phận, trên cơ sở các thông số kết cấu cụ thể của đầu máy và sử dụng phương pháp, thuật toán đã trình bày, hoàn toàn có khả năng xây dựng họ đặc tính sức kéo toàn tải và cho từng mức công suất cho đầu máy. Tài liệu tham khảo [1]. Đỗ Việt Dũng, (8.2006). Phương pháp xây dựng đặc tính cơ điện cho động cơ điện kéo đầu máy diesel, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, Trường Đại học Giao Thông Vận tải, Số 14. [2]. Đỗ Việt Dũng, Lại Ngọc Đường, Trương Duy Phúc (1996). Truyền động đầu máy diesel. Giáo trình giảng dạy đại học, Trường ĐHGTVT. [3]. A.V.Ivanov Smolenski –1992- Vũ Gia Hanh, Phan Tử Thụ (biên dịch). Máy điện quyển 2, 3. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. [4]. Lại Ngọc Đường, Đỗ Việt Dũng (11.1997). Phương pháp xây dựng họ đặc tính sức kéo đầu máy diesel truyền động điện khai thác trên đường sắt Việt nam. Tạp chí Giao thông Vận tải, Bộ Giao Thông Vận tải. Ø 460 Ø 45 3 Ø 343 Ø 335 Ø 460 Ø 45 3 Ø 343 Ø 335 Hình 5. Kết cấu ĐCĐK TEO 15B trên đầu máy D12E CT 2 [5]. Hướng dẫn sử dụng đầu máy D12E – năm 1988. Tổng cục Đường sắt . Xây dựng đặc tính cơ giới của động cơ điện kéo bằng phương pháp lý thuyết TS. đỗ việt dũng Bộ môn Đầu máy – Toa xe Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Đường đặc tính cơ giới. đặc tính cơ M = f(n Đ ) cho động cơ điện kéo khi không có điều kiện thí nghiệm, nhất thiết phải thiết lập được đặc tính cơ điện và đặc tính mô men bằng phương pháp lý thuyết. Nội dung bài báo. Đường đặc tính cơ giới (hay đặc tính cơ) biểu diễn mối quan hệ giữa mô men với tốc độ quay trên trục động cơ điện kéo (ĐCĐK) M = f(n). Dạng của đặc tính cơ của ĐCĐK hoàn toàn đồng dạng với đặc tính