1. Trang chủ
  2. » Giáo án - Bài giảng

Giáo trình môn hệ thống điện

128 845 4

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Giáo Trình Môn Hệ Thống Điện
Tác giả Đỗ Quang Huy
Người hướng dẫn Đỗ Quang Huy
Trường học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Chuyên ngành Truyền Động Điện
Thể loại Đề Cương
Năm xuất bản 2010
Thành phố Hưng Yên
Định dạng
Số trang 128
Dung lượng 12,24 MB

Cấu trúc

  • Chơng 1: Khái niệm, Cơ sở động học và các Đặc tính của hT Tđđ (0)
    • 1.1 Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) (2)
    • 1.2 Cơ sở động học cơ bản của HT TĐĐ (4)
      • 1.2.1 Đặc tính cơ của máy sản xuất (4)
      • 1.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện (5)
      • 1.2.3 Trạng thái làm việc của hệ TĐĐ TĐ (6)
      • 1.2.4 Tính đổi các đại lượng cơ học (9)
        • 1.2.4.1 Mômen và lực quy đổi (9)
        • 1.2.4.2 Quy đổi mômen quán tính và khối lượng quán tính (9)
      • 1.2.5 Phương trình động học của hệ TĐĐ TĐ (10)
      • 1.2.6 Điều kiện ổn định tĩnh của hệ TĐĐ TĐ (11)
  • Chơng 2:Các đặc tính động cơ điện (0)
    • 2.1 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập (15)
      • 2.1.1 Phơng trình đặc tính cơ - ảnh hởng của các tham số (0)
      • 2.1.2 Vẽ các đặc tính cơ (21)
      • 2.1.3 Tính toán điện trở khởi động. (Tham khảo TL trang 32 ) (24)
      • 2.1.4 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm (24)
    • 2.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (29)
      • 2.2.1. Phơng trình đặc tính cơ (0)
      • 2.2.2 Cách vẽ đặc tính cơ (32)
      • 2.2.3 Khởi động và xác định điện trở khởi động. (Tham khảo TL trang 52 ) (33)
      • 2.2.4 Trạng thái hãm của động cơ kích từ nối tiếp (33)
    • 2.3 Đặc tính cơ động cơ KĐB (36)
      • 2.3.1 Phơng trình đặc tính cơ (0)
      • 2.3.2 Ảnh hởng của các thông số dến đặc tính cơ (0)
      • 2.3.3 Cách vẽ đặc tính cơ. (Tham khảo GT trang 70) (43)
      • 2.3.4 Khởi động và cách xác định điện trở khởi động (43)
      • 2.3.5 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm (44)
        • 2.3.5.1 Hãm tái sinh (44)
        • 2.3.5.2 Hãm ngợc (45)
        • 2.3.5.3 Hãm động năng (48)
  • Chơng 3: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG (0)
  • Chương 4: C C PH Á ƯƠNG PH P Á ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐC MỘT CHIỀU BẰNG (66)
    • 4.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMĐL bằng cách thay đổi Uư của động cơ (0)
    • 4.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi từ thông KT của ĐC (68)
    • 4.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi R p mạch phần ứng (0)
    • 4.4 Hệ Máy phát - Động cơ một chiều (F-Đ) (69)
      • 4.4.1 Cấu trúc hệ F - Đ và các đặc tính cơ bản (69)
      • 4.4.2 Chế độ làm việc của hệ F - Đ (70)
    • 4.5 Hệ Chỉnh lưu - Động cơ một chiều (73)
      • 4.5.1 Xột hệ T - Đ khụng đảo chiều: phân tích một sơ đồ CL hình tia 3 pha (0)
    • 4.6 Các hệ TĐ điều chỉnh xung áp - động cơ ĐC (76)
      • 4.6.1 Điều chỉnh xung áp đơn (Loại A: tải R, L, E) (76)
      • 4.6.2 Đặc tính cơ (77)
    • 4.7 ổn định tốc độ làm việc của TĐĐ một chiều (78)
      • 4.7.1 Điều chỉnh E b theo dòng tải (79)
      • 4.7.2 Điều chỉnh E b theo điện áp phần ứng (80)
      • 4.7.3 Điều chỉnh E b theo tốc độ (81)
  • Chơng 5: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ (0)
    • 5.1 Điều chỉnh điện áp động cơ (83)
    • 5.2 Điều chỉnh điện trở mạch rotor bằng bộ biến đổi xung thysistor (89)
    • 5.3 Điều chỉnh công suất trợt P S (92)
    • 5.4 Đ iều chỉnh tần số của nguồn cấp cho động cơ không đồng bộ (95)
      • 5.4.1 Điều chỉnh tần số - điện áp (95)
  • Chơng 6: chọn công suất động cơ (0)
    • 6.1 Những vấn đề chung (Giáo trình Tr 241) (102)
    • 6.2 Chọn P ĐC cho truyền động không điều chỉnh tốc độ (102)
      • 6.2.1 Động cơ LV dài hạn (102)
      • 6.2.2 Động cơ LV ngắn hạn (102)
      • 6.2.3 Chọn ĐC cho phụ tải ngắn hạn lặp lại (103)

Nội dung

Khái niệm, Cơ sở động học và các Đặc tính của hT Tđđ

Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ)

+ Trình bày được đặc tính của từng loại động cơ trong các hệ thống truyền động điện tự động cụ thể.

+ Phân tích được các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ và vấn đề điều chỉnh tốc độ trong các hệ “bộ biến đổi - động cơ ”.

+ Khảo sát được quá trình quá độ của HT-TĐĐTĐ với các thông số của hệ hoặc của phụ tải.

+ Tính chọn các phương án truyền động và nắm được nguyên tắc cơ bản để chọn công suất động cơ điện.

+ Trình bày được các nguyên tắc cơ bản điều khiển tự động HT-TĐĐTĐ.

+ Phân tích và đánh giá được các mạch điều khiển tự động điển hình của các máy hoặc hệ thống đã có sẵn.

+ Trình bày được nguyên tắc làm việc của phần tử điều khiển logic.

+ Tổng hợp được một số mạch điều khiển logic.

+ Thiết kế được các mạch điều khiển tự động của các máy hoặc hệ thống theo yêu cầu công nghệ.

Chương 1 KHÁI NIỆM, CƠ SỞ ĐỘNG HỌC VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA HT TĐĐ

1.1 CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG (TĐĐ TĐ)

Cấu trúc của hệ thống truyền động điện tự động:

* Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động:

Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) bao gồm các thiết bị điện và điện tử, có chức năng chuyển đổi điện năng thành cơ năng để cung cấp cho các cơ cấu công tác trong máy sản xuất Đồng thời, hệ thống cũng truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng theo yêu cầu công nghệ.

Hình 1-1: Mô tả cấu trúc chung của hệ TĐĐ TĐ.

BBĐ là bộ biến đổi, ĐC là động cơ điện, MSX là máy sản xuất, R và RT đại diện cho bộ điều chỉnh truyền động và công nghệ, trong khi K và KT là các bộ đóng cắt phục vụ cho truyền động và công nghệ.

GN: Mạch ghép nối; VH: Người vận hành.

Cấu trúc của hệ TĐĐ TĐ gồm 2 phần chính:

Phần lực trong hệ thống điện bao gồm nguồn cung cấp điện năng từ lưới điện đến bộ biến đổi (BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX) Các bộ biến đổi này bao gồm máy phát điện một chiều và xoay chiều, máy điện khuếch đại, cũng như các thiết bị điện từ như khuếch đại từ và cuộn kháng bảo hòa Ngoài ra, còn có các bộ biến đổi điện tử và bán dẫn như chỉnh lưu tiristor, bộ điều áp một chiều, và biến tần transistor, tiristor Động cơ điện được phân loại thành động cơ một chiều, xoay chiều và các loại động cơ đặc biệt khác.

Phần điều khiển, hay mạch điều khiển, bao gồm các cơ cấu đo lường, bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, cũng như các khí cụ và thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ cho công nghệ và người vận hành Ngoài ra, một số hệ thống TĐĐ TĐ còn tích hợp mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác hoặc máy tính điều khiển.

Phân loại hệ thống truyền động điện tự động:

- Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định.

Truyền động có điều chỉnh bao gồm các hệ thống như truyền động điện điều chỉnh tốc độ, truyền động điện tự động điều chỉnh mô men và lực kéo, cùng với truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Hệ thống này có thể tích hợp nhiều động cơ, đáp ứng linh hoạt theo yêu cầu công nghệ.

Hệ truyền động điện tự động có thể được phân loại theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển, bao gồm hệ điều khiển số, hệ điều khiển tương tự và hệ điều khiển theo chương trình Mỗi loại hệ thống này có những đặc điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong công nghiệp.

- Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều, động cơ bước, v.v.

- Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động và hệ truyền động điện tự động.

- Ngoài ra, còn có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v.

Cơ sở động học cơ bản của HT TĐĐ

1.2.1 Đặc tính cơ của máy sản xuất.

+ Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen cản của máy sản xuất:

Mc = f(ω) + Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biếu diễn dưới dạng biểu thức tổng quát:

Mc - mômen ứng với tốc độ ω

Mco - mômen ứng với tốc độ ω= 0.

Mđm - mômen ứng với tốc độ định mức ω đm a) b) c)

Hình 1.2 trình bày các đặc tính cơ của một số máy sản xuất (MSX), bao gồm: a) đặc tính cơ học chung; b) đặc tính cơ có tính thế năng; và c) đặc tính cơ có tính phản kháng Các đặc tính này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất và khả năng hoạt động của MSX trong các ứng dụng khác nhau.

+ Ta có các trường hợp số mũ α ứng với các tải:

Khi α = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, áp dụng cho các cơ cấu như máy tiện, doa, máy cuốn dây và cuốn giấy Đặc điểm nổi bật của loại máy này là khi tốc độ làm việc giảm, mômen cản (lực cản) sẽ tăng lên đáng kể.

- Khi α = 0, M c = Mđm = const, tương ứng các cơ cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt, (hình 1-2 đường 1)

- Khi α = 1, mômen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng các cơ cấu ma sát, máy bào, máy phát một chiều tải thuần trở, (đường 2).

- Khi q = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm, quạy gió, máy nén, (đường 3)

+ Ngoài ra, một số máy sản xuất có đặc tính cơ khác, như:

- Mômen phụ thuộc vào góc quay Mc = f(ϕ);hoặc mômen phụ thuộc vào đường đi

Mc = f(s), các máy công tác có pittông, các máy trục không có cáp cân bằng có đặc tính thuộc loại này.

- Mômen phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi Mc = f(ω,s) như các loại xe điện

Mômen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t) là một yếu tố quan trọng trong hoạt động của máy nghiền đá và nghiền quặng Hình 1-2b minh họa đặc tính cơ học của máy sản xuất, cho thấy mômen cản có dạng thế năng.

Trên hình 1-2c biểu diễn đặc tính cơ của máy sản xuất có mômen cản dạng phản kháng.

1.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện: Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ:

* Thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ:

Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ được xác định khi động cơ hoạt động theo sơ đồ bình thường, không sử dụng thiết bị phụ trợ và các thông số nguồn cũng như thông số của động cơ đều ở mức định mức Do đó, mỗi động cơ chỉ sở hữu một đặc tính cơ tự nhiên duy nhất.

Đặc tính cơ nhân tạo, hay còn gọi là đặc tính cơ điều chỉnh, là những đặc tính cơ được điều chỉnh thông qua việc thay đổi các thông số của nguồn, động cơ hoặc thêm thiết bị phụ trợ vào mạch, cũng như sử dụng các sơ đồ đặc biệt Mỗi động cơ có thể sở hữu nhiều đặc tính cơ nhân tạo khác nhau Độ cứng của đặc tính cơ là một yếu tố quan trọng trong quá trình điều chỉnh này.

Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, khái niệm "độ cứng đặc tính cơ" được giới thiệu và được tính theo công thức β ω trong trường hợp đặc tính cơ tuyến tính.

Hoặc theo hệ đơn vị tương đối: β ω d

= dM là lượng sai phân của mômen ∆M và ∆ω.

Hình 1.3: Độ cứng đặc tính cơ.

+ Động cơ không đồng bộ có độ cứng đặc tính cơ thay β đổi giá trị (β> 0, β< 0) + Động cơ đồng bộ có đặc tính cơ tuyệt đối cứng (≈ ∞ )

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ cứng (β ≥ 40)

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ mềm (β ≤ 10)

1.2.3 TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA HỆ TĐĐ TĐ

Trong hệ truyền động điện tự động, quá trình chuyển đổi giữa năng lượng điện và cơ năng là yếu tố quyết định trạng thái hoạt động của hệ thống Việc hiểu rõ quá trình này là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất làm việc của hệ truyền động điện.

TT Biểu đồ công suất P điện P cơ ∆ P Trạng thái làm việc

1 0 = 0 = Pđiện - Động cơ không tải

2 0 > 0 = Pđ - Pc - Động cơ có tải

4 < 0 < 0 =Pc - Pđ - Hãm tái sinh

Trong trạng thái động cơ, dòng công suất điện được coi là dương khi truyền từ nguồn đến động cơ, nơi động cơ chuyển đổi công suất điện thành công suất cơ (Pcơ = M ω) để cấp cho máy sản xuất và tiêu thụ tại cơ cấu công tác Công suất cơ có giá trị dương khi mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay Ngược lại, trong trạng thái máy phát, khi hệ truyền động hoạt động, cơ cấu công tác có thể tạo ra cơ năng từ động năng hoặc thế năng tích lũy, truyền về trục động cơ, khiến động cơ hoạt động như một máy phát điện Lúc này, công suất điện có giá trị âm khi truyền từ động cơ về nguồn, và công suất cơ cũng âm khi truyền từ máy sản xuất về động cơ, với mômen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay Mômen của máy sản xuất được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản, và cũng được định nghĩa với dấu âm hoặc dương, trái ngược với mômen của động cơ.

+ Phương trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ TĐ là:

Pđ = Pc + ∆P đ Trong đó: Pđ là công suất điện; Pc là công suất cơ; ∆P là tổn thất công suất.

- Trạng thái động cơ gồm: chế độ có tải và chế độ không tải Trạng thái động cơ phân bố ở góc phần tư I, III của mặt phẳng ω (M).

- Trạng thái hãm có: Hãm không tải, Hãm tái sinh, Hãm ngược và Hãm động năng Trạng thái hãm ở góc II, IV của mặt phẳng ω(M).

- Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành điện năng trả về lưới.

- Hãm ngược: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, điện năng và cơ năng chuyển thành tổn thất ∆P.

- Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành công suất tổn thất ∆P.

* Các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M, ω ]:

Trạng thái động cơ: tương ứng với các điểm nằm trong góc phần tư thứ nhất và góc phần tư thứ ba của mặt phẳng [M, ω] hình 1 4.

Trạng thái máy phát: tương ứng với các điểm nằm trong góc phần tư thứ hai và góc phần tư thứ tư của mặt phẳng [M, ω ], hình 1 4

Hình 1.4: Trạng thái làm việc của truyền động điện trong góc phần tư đặc tính cơ.

1.2.4 TÍNH ĐỔI CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ HỌC

1.2.4.1 Mômen và lực quy đổi

Quan niệm về sự tính đổi liên quan đến việc chuyển đổi thời điểm đặt mômen hoặc lực từ trục này sang trục khác, đồng thời xem xét tổn thất ma sát trong bộ truyền lực Thông thường, mômen cản (Mc) hoặc lực cản (Fc) của bộ phận làm việc được quy đổi về trục động cơ.

+ Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của hệ TĐĐ TĐ:

- Khi năng lượng truyền từ động cơ đến máy sản xuất:

Ptr là công suất trên trục động cơ, Ptr = Mcqđ.ωđ

(Mcqđ và ωđ -mômen cản tĩnh quy đổi và tốc độ góc trên trục động cơ).

Pc là công suất của máy sản xuất, Pc = Mlv ωlv

(Mlv và ω lv - mômen cản và tốc độ góc trên trục làm việc).

∆P là tổn thất trong các khâu cơ khí.

* Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay:

Rút ra: M M M i i lv i lv lv cqd η ω η ω =

= η i - hiệu suất của hộp tốc độ Trong đó: lv i d ω

= ω gọi là tỷ số truyền của hộp tốc độ.

* Nếu chuyển động tịnh tiến thì lực quy đổi: ρ η. lv cqd

Trong đó: η = ηt ηi hiệu suất bộ truyền lực. η t hiệu suất của tang trống ρ lv d v ω gọi là tỷ số quy đổi

- Khi năng lượng truyền từ máy sản xuất đến động cơ:

Ptr = Pc -∆P (tự chứng minh).

1.2.4.2 Quy đổi mômen quán tính và khối lượng quán tính: η ω ω η cqd i lv lv i c tr P M M

P = = + Điều kiện quy đổi: bảo toàn động năng tích luỹ trong hệ thống:

Nếu sử dụng sơ đồ tính toán phần cơ dạng đơn khối, và áp dụng các điều kiện trên ta có:

Jqđ - mômen quán tính quy đổi về trục động cơ. ω đ - tốc độ góc trên trục động cơ.

Jđ - mômen quán tính của động cơ.

Jk là mômen quán tính của bánh răng thứ k, trong khi mj đại diện cho khối lượng quán tính của tải trọng thứ j Tỉ số truyền tốc độ từ trục được tính bằng i=ωk/ωđ, và tỉ số quy đổi vận tốc của tải trọng được xác định qua công thức ρ=ω/v.

1.2.5 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ TĐĐ TĐ

+ Là quan hệ giữa các đại lượng (ω, n, L, M, ) với thời gian:

+ Nếu coi mômen do động cơ sinh ra và mômen cản ngược chiều nhau, và J const, thì ta có phương trình dưới dạng số học: dt

M − c = ω ω (Rad/s); Theo hệ đơn vị SI: M(N.m); J(kg.m 2 ); t(s).

Theo hệ kỹ thuật: M(KG.m); GD(KG.m 2 ); n(vg/ph); t(s):

Theo hệ hỗn hợp: M(N.m); J(kg.m 2 ); n(vg/ph); t(s):

Mômen động: Mđg = M−Mc = J dt d ω

Từ phương trình (1- ) ta thấy rằng:

- Khi Mđg > 0 hay M > Mc , thì: dt d ω > 0 → hệ tăng tốc

- Khi Mđg < 0 hay M < Mc , thì: dt d ω < 0 → hệ giảm tốc.

- Khi Mđg = 0 hay M = Mc , thì: dt d ω = 0 → hệ làm việc xác lập, hay hệ làm việc ổn định: ω = const.

* Nếu chọn và lấy chiều của tốc độ ω làm chuẩn thì: M(+) khi M ω↓↓ và M(-) khi Mω↑↑ ; Còn Mc(+) khi Mcω↓↑ ; Mc(-) khi Mc ω↓↑.

1.2.6 ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ TĐĐ TĐ

Điểm làm việc ổn định của động cơ được xác định bởi sự giao nhau giữa hai đặc tính cơ của động cơ và cơ cấu sản xuất, M(ω) và Mc(ω) Tuy nhiên, không phải mọi điểm giao nhau đều đảm bảo tính ổn định; điều này chỉ là điều kiện cần Để đạt được điểm làm việc ổn định, cần thỏa mãn điều kiện ổn định tĩnh, tức là sự phù hợp giữa động cơ và tải Để xác định điều kiện này, ta dựa vào phương trình động học tại giao điểm: dt Mc.

Suy ra, điều kiện để ổn định là: ( ) ( ) < 0

Hình 9: Minh họa điểm làm việc ổn định

Để hệ thống truyền động điện hoạt động ổn định tại một điểm, cần đảm bảo hai điều kiện sau: Thứ nhất, hiệu số giữa mô men động cơ (MĐ) và mô men cản (Mc) phải bằng 0; thứ hai, chênh lệch giữa góc điều khiển (β Đ) và góc cản (β c) phải nhỏ hơn 0.

Ví dụ: Xét xem điểm A có phải là điểm làm việc ổn định không?

Theo hình vẽ trên, dễ nhận thấy:

- Điểm A thỏa mãn điều kiện cần: Tại A:

- Kết luận: Điểm A không thỏa mãn điều kiện đủ, A không phải là điểm làm việc ổn định.

1 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống truyền động điện là gì ?

2 Có máy loại máy sản xuất và cơ cấu công tác ?

3 Hệ thống truyền động điện gồm các phần tử và các khâu nào ? Lấy ví dụ minh họa ở một máy sản xuất mà các anh (chị) đã biết ?

4 Mômen cản hình thành từ đâu? Đơn vị đo lường của nó ? Công thức quy đổi mômen cản từ trục của cơ cấu công tác về trục động cơ ?

5 Mômen quán tính là gì ? Đơn vị đo lường của nó ? Công thức tính quy đổi mômen quán tính từ tốc độ ω i nào đó về tốc độ của trục động cơ ω?

6 Thế nào là mômen cản thế năng? Đặc điểm của nó thể hiện trên đồ thị theo tốc độ ? Lấy ví dụ một cơ cấu có mômen cản thế năng.

Hình 10: Minh họa cách xét điểm làm việc ổn định

7 Thế nào là mômen cản phản kháng? Lấy ví dụ một cơ cấu có mômen cản phản kháng.

8 Định nghĩa đặc tính cơ của máy sản xuất Phương trình tổng quát của nó và giải tích các đại lượng trong phương trình ?

9 Hãy vẽ đặc tính cơ của các máy sản xuất sau: máy tiện; cần trục, máy bào, máy bơm.

10 Viết phương trình chuyển động cho hệ truyền động điện có phần cơ dạng mẫu cơ học đơn khối và giải thích các đại lượng trong phương trình ?

11 Dùng phương trình chuyển động để phân tích các trạng thái làm việc của hệ thống truyền động tương ứng với dấu của các đại lượng M và Mc ?

12 Định nghĩa đặc tính cơ của động cơ điện ?

13 Định nghĩa độ cứng đặc tính cơ ? Có thể xá định độ cứng đặc tính cơ theo những cách nào ?

14 Phân biệt các trạng thái động cơ và các trạng thái hãm của động cơ điện bằng những dấu hiệu nào? Lấy ví dụ thực tế về trạng thái hãm của động cơ trên một cơ cấu mà anh (chị) đã biết ?

15 Chiều của dòng năng lượng sẽ như thế nào khi động cơ làm việc ở trạng thái động cơ ?

16 Chiều của dòng năng lượng sẽ như thế nào khi động cơ làm việc ở trạng thái máy phát ?

17 Điều kiện ổn định tĩnh là gì ? Phân tích một điểm làm việc xác lập ổn định tĩnh trên tọa độ [M.ω] và [M c , ω]?

CÁC ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN

đặc tính động cơ điện

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Khi nguồn điện một chiều có công suất lớn và điện áp ổn định, mạch kích từ thường được kết nối song song với mạch phần ứng, tạo thành động cơ kích từ song song.

Khi nguồn điện một chiều không đủ công suất, động cơ sẽ hoạt động với mạch phần ứng và mạch kích từ được kết nối với hai nguồn độc lập, tạo thành động cơ kích từ độc lập (hình 2.2).

2.1.1 Phương trình đặc tính cơ - ảnh hưởng của các tham số.

1 Phương trình đặc tính cơ:

Theo sơ đồ hình 2-1 và 2-2 ta có phương trình cân bằng điện áp phần ứng:

Uư = Eư + Iư.(Rư+Rp) (2-1)

Trong đó: Uư : Điện áp phần ứng, (V)

Eư : Sức điện động phần ứng, (V)

Rư : Điện trở của mạch phần ứng, (Ω)

RP : Điện trở phụ trong mạch phần ứng, (Ω)

Iư : Dòng điện mạch phần ứng.

Với công thức Rư = rư + rcf + rb + rct, trong đó rư là điện trở cuộn dây phần ứng, rcf là điện trở cuộn cực từ phụ, rb là điện trở cuộn bù, và rct là điện trở tiếp xúc của chổi điện Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức này.

(2-2) Trong đó: p : Số đôi cực từ chính,

Số thanh dẫn của cuộn dây phần ứng (N) và số đôi mạch nhánh song song (a) là các yếu tố quan trọng trong thiết kế cuộn dây Từ thông kích từ (Φ) dưới một cục từ, đo bằng Weber (Wb), cùng với tốc độ góc (ω) tính bằng rad/s, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất hoạt động của cuộn dây phần ứng.

= 2 : Hệ số cấu tạo của động cơ.

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc quay n (vòng/phút) thì:

60 - Hệ số sức điện động của động cơ.

(2-4) Biểu thức (2-4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ

Mặt khác mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định:

Thay giá trị Iư vào (2-4) ta được: ω Φ

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ M bằng mômen điện từ: Mđt = Mcơ = M.

= Φ ω (2-7) Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc.

Nếu phần ứng được bù đủ và Φ = const, thì phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ sẽ trở thành tuyến tính Chúng được thể hiện dưới dạng các đường thẳng.

Hình 2.3: a) Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. b) Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập.

+) Ta thấy, khi không tải, lý tưởng coi Iư = 0 hoặc M = 0 thì: ω0 ω =

(2-8) ω0: Tốc độ không tải lý tưởng của động cơ

Khi động cơ gặp tình trạng ngắn mạch, tức là nguồn phần ứng được cấp nhưng rôto không quay, điều này xảy ra trong quá trình khởi động hoặc khi mất từ thông, có thể do máy sản xuất bị kẹt, dẫn đến ω = 0.

Và M = K Φ I nm = M nm (2-10) nm nm M

I , là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.

 Mặt khác phương trình đặc tính (2-4) và (2-7) có thể được biểu diễn:

∆ : Độ sụt tốc độ ứng với mỗi giá trị của M.

Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị tương đối, với điều kiện từ thông là định mức ( Φ = Φ dm )

R = U là điện trở cơ bản ).

Từ (2-4) và (2-7), ta biết đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tương đối:

2 Xét ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ

Từ phương trình đặc tính cơ (2-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ:

- Điện áp phần ứng Uư

- Điện trở phần ứng động cơ Rư.

Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số: a Ảnh hưởng của điện trở phần ứng và họ đặc tính biến trở:

Giả thiết: U u = U dm = const const dm = Φ

Trong quá trình vận hành, việc thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng có thể được thực hiện vì nhiều lý do khác nhau, chẳng hạn như giảm dòng điện phần ứng, điều chỉnh tốc độ và mô men động cơ Khi đó, các tham số như const và K sẽ được điều chỉnh tương ứng.

= Φ ω0 (2-15) Độ cứng của đặc tính cơ thay đổi giá trị:

(2-16) Khi R f càng lớn, trị số β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc ứng với R f = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:

− β = (2-17) β TN có giá trị lớn nhất đối với một động cơ.

Khi thay đổi điện trở phụ, ta tạo ra một họ đường đặc tính biến trở, như hình vẽ minh họa Đối với mỗi phụ tải Mc, nếu điện trở phụ tăng, tốc độ động cơ sẽ giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm theo Do đó, phương pháp này thường được sử dụng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản.

Hình 2.4: Đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ b Ảnh hưởng của điện áp phần ứng và họ đặc tính giảm áp:

Giả thiết: Φ = Φ dm = const , R u = const

Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với U đm ta có:

Tốc độ không tải thay đổi:

= Φ dm x x K ω U Độ cứng đặc tính cơ:

Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ, chúng ta sẽ có một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên, như được thể hiện trong hình vẽ.

Hình 2.5: Các đặc tinh của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ

Khi giảm điện áp, mômen và dòng điện ngắn mạch của động cơ sẽ giảm, dẫn đến việc tốc độ động cơ cũng giảm theo phụ tải nhất định Phương pháp này không chỉ giúp điều chỉnh tốc độ động cơ mà còn hạn chế dòng điện khi khởi động, từ đó ảnh hưởng đến từ thông trong hệ thống.

Giả thiết: U u = U đm = const , R ư = const.

Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ động cơ.

Tốc độ không tải: 0 = var

= Φ x dm x K ω U Độ cứng đặc tính cơ: = − ( Φ ) 2 = var u x

Do cấu tạo của động cơ điện, thường xảy ra hiện tượng giảm từ thông Khi từ thông giảm, tốc độ góc ω ox sẽ tăng trong khi độ lệch β giảm Điều này dẫn đến một tập hợp các đặc tính cơ, với tốc độ góc ω ox tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi từ thông giảm.

Hình 2.6: Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

Dòng điện ngắn mạch: I U R const u dm nm = =

Mômen ngắn mạch: M nm = K Φ x I nm = var

Các đặc tính cơ điện và cơ khi giảm từ thông được thể hiện trong hình a Khi áp dụng mômen phụ tải Mc phù hợp với chế độ làm việc của động cơ, tốc độ động cơ sẽ tăng lên khi giảm từ thông, như minh họa trong hình b.

2.1.2 Vẽ các đặc tính cơ

1 Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên.

Vì đặc tính cơ của động cơ là đường thẳng nên khi vẽ ta chỉ cần xác định 2 điểm của đường thẳng.

Ta thường chọn: điểm không tải lý tưởng và điểm định mức.

 Đặc tính cơ điện tự nhiên (xem hình 2.7a)

- Điểm thứ hai: ( I = I dm ,ω =ω dm )

Hình 2.7 : Cách vẽ đặc tính cơ điện tự nhiên (a) và đặc tính cơ tự nhiên (b) của động cơ một chiều kích từ độc lập

 Đặc tính cơ tự nhiên (xem hình 2.7b).

Như ở đặc tính cơ điện.

- Điểm thứ hai: ( M = M dm ;ω =ω dm )

Trong đó: M P N m dm dm dm ,

2 Cách vẽ đặc tính nhân tạo

Các đặc tính của biến trở đều bắt đầu từ điểm không tải lý tưởng ω0, do đó chỉ cần xác định một điểm thứ hai để vẽ các đặc tính này Điểm thứ hai thường được chọn là điểm tương ứng với tải định mức.

- Đối với đặc tính cơ điện: ω ứng với Iđm

- Đối với đặc tính cơ : ω ứng với Mđm

Từ phương trình đặc tính cơ điện tự nhiên (3-6) ta có:

Và phương trình đặc tính biến trở tính được:

Lập tỉ số ω dm ω và sau khi biến đổi ta được:

Từ các số liệu đã biết trên ta vẽ được các đặc tính biến trở như hình vẽ sau:

Hình 2.8: Cách vẽ đặc tính biến trở của động cơ điện một chiều kích từ độc lập a Đặc tính cơ điện ; b Đặc tính cơ.

Giá trị điện trở phần ứng thường không được ghi trên nhãn máy, do đó có thể tính gần đúng giá trị này Một phương pháp là dựa vào hiệu suất định mức đã biết (η dm) và tổn thất của máy điện ở chế độ định mức Ta coi phần tổn thất do điện trở phần ứng gây ra bằng một nửa tổng tổn thất, từ đó có thể tính gần đúng giá trị điện trở phần ứng.

3 Cách vẽ đặc tính giảm từ thông

Khi giảm từ thông, đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ không đồng nhất, vì vậy cần xem xét riêng từng loại đặc tính để hiểu rõ hơn về hiệu suất và hoạt động của động cơ.

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có đặc điểm nổi bật là cuộn kích từ được mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng, dẫn đến cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ và số vòng ít, dễ dàng chế tạo Sơ đồ nguyên lý của loại động cơ này thể hiện rõ mối quan hệ giữa dòng kích từ và dòng phần ứng, cho thấy rằng từ thông của động cơ sẽ biến đổi theo dòng điện phần ứng.

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ nối tiếp.

2.2.1 Phương trình đặc tính cơ.

Từ sơ đồ nguyên lý ta có:

Với : R = rư + rctf + rct + rkt

Sau khi biến đổi ta nhận được: u u u I

Trong các phương trình, từ thông Φ trong mạch kích từ phụ thuộc vào dòng điện và đặc tính từ hoá Để đơn giản hoá việc thiết lập phương trình, ta giả thiết rằng từ thông có mối quan hệ tuyến tính với dòng điện kích từ, được biểu diễn bằng công thức Φ = C I kt.

Với C là hệ tỉ lệ

Nếu phản ứng phần ứng được bù đủ:

Thế vào phương trình (2-52) ta được:

Phương trình (2-56) mô tả đặc tính cơ điện của động cơ, trong khi phương trình (2-58) thể hiện đặc tính cơ của động cơ Các đặc tính này được minh họa qua hình a và b, cho thấy chúng có dạng hyperbol và mềm trong khoảng dòng điện nhỏ hơn Φ dm.

Đặc tính từ hoá của động cơ một chiều kích từ nối tiếp φ định mức thể hiện rằng ở vùng dòng điện lớn, do mạch từ bão hoà, từ thông gần như không thay đổi, dẫn đến đặc tính có dạng tuyến tính.

Hình 2.17: a Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. b Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

Khi giả thiết động cơ không tải (I = 0 hoặc M = 0), tốc độ không tải lý tưởng sẽ vô cùng lớn Tuy nhiên, trong thực tế, ma sát, tổn thất phụ và hiện tượng từ dư đã làm giảm tốc độ này.

( 2 10 ) ' dm du = ÷ Φ Φ nên khi không tải thì tốc độ không tải của động cơ vẫn có một giá trị là: du u ot K

Tốc độ ω ot của động cơ một chiều kích từ nối tiếp thường vượt quá mức định mức, do đó không thể vận hành động cơ này ở chế độ không tải.

Ngoài ra nhìn vào đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp và cấu tạo của nó ta có nhận xét sau:

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp mềm có đặc tính cơ cho phép độ cứng thay đổi theo phụ tải, do đó, tốc độ của động cơ phản ánh sự biến đổi của phụ tải Tuy nhiên, loại động cơ này không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu ổn định cao, mà thích hợp hơn cho những truyền động cần tốc độ thay đổi theo tải.

Động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mômen nhờ cuộn kích từ nối tiếp, giúp tăng từ thông khi dòng điện phần ứng vượt mức định mức Điều này dẫn đến mômen tăng nhanh hơn so với dòng điện, cho phép động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải và khởi động tốt hơn so với động cơ một chiều kích từ độc lập Với ưu điểm này, động cơ kích từ nối tiếp rất phù hợp cho các ứng dụng cần mômen khởi động lớn và thường xuyên phải chịu quá tải, như trong máy nâng và vận chuyển máy cán thép.

Động cơ này có khả năng chịu tải ổn định vì từ thông chỉ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng, không bị ảnh hưởng bởi sự sụt áp của lưới điện Do đó, nó rất phù hợp cho các ứng dụng truyền động trong ngành giao thông, đặc biệt là những hệ thống có đường dây cung cấp điện dài.

2.2.2 Cách vẽ đặc tính cơ:

Để vẽ các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện, người ta sử dụng phương pháp đồ thị giải tích do quan hệ Φ = f(Iu) là phi tuyến.

Các đường cong thực nghiệm cho thấy rằng động cơ một chiều kích từ nối tiếp cùng loại có khe hở không khí và mức độ bão hòa từ thông tương đối giống nhau Do đó, các mối quan hệ giữa tốc độ ω, mô men M và dòng điện I theo đơn vị tương đối gần như trùng khớp Những quan hệ này được gọi là các mối quan hệ cơ bản của động cơ.

* = f I ω , M * = f ( ) J * là các đặc tính vạn năng và được xác định bằng thực nghiệm.

Hình 2.18: Đặc tính vạn năng của động cơ một chiều khích từ nối tiếp.

Các đặc tính này được biểu diễn trên hình vẽ.

 Phương pháp vẽ đặc tính tự nhiên từ các đặc tính vạn năng.

Với mỗi động cơ một chiều nối tiếp ta biết các chỉ số của Pđm, Iđm, η dm

Muốn vẽ đặc tính tự nhiện ta tiến hành như sau:

Lấy các giá trị tùy ý của dòng điện tương đối I1, I2, , In, chúng ta có thể sử dụng các đặc tính vạn năng để xác định các trị số tương ứng của tốc độ và mômen tương đối.

M Tính đổi các đại lượng đối ra đại lượng tuyệt đối theo biểu thức:

Hình 2.19: Cách vẽ đặc tính tự nhiên và nhân tạo của

M = * động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

Dựa vào các kết quả tình được trên bảng ta vẽ được đặc tính cơ điện tự nhiên

= f ω và đặc tính tự nhiên ω = f ( ) M như hình vẽ trên.

 Phương pháp vẽ đặc tính biến trở.

Từ phương trình đặc tính cơ điện tự nhiên ta có: Φ

Từ phương trình đặc tính cơ nhân tạo ta cũng có:

Nếu xét ở cùng một dòng điện thì từ thông trong hai phương trình trên như nhau nên ta có:

Từ các giá trị I1, I2, I2-59, chúng ta có thể tính toán ω TN 1, ω TN 2, ω TNn với Rf đã biết và ghi kết quả vào bảng Dựa trên các số liệu này, chúng ta có thể vẽ đường đặc tính cơ điện nhân tạo như hình vẽ.

2.2.3 Khởi động và xác định điện trở khởi động (Tham khảo TL trang 52 )

2.2.4 Trạng thái hãm của động cơ kích từ nối tiếp: Do đặc điểm của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có tốc độ ω0 t rất lớn nên dòng điện chỉ thực hiện hãm ngược và hãm động năng chứ không có trạng thái hãm tái sinh. a.Trạng thái hãm ngược:

Hãm ngược trong động cơ được thực hiện bằng cách đưa trở kháng R lớn vào mạch Đặc tính cơ của quá trình hãm này tương ứng với đặc tính biến trở, trong đó đoạn đặc tính cd thể hiện rõ đặc tính hãm ngược Dòng điện hãm được tính toán dựa trên công thức: f = u / (dm * h * R).

(2-63) Đặc tính cơ hãm ngược với Rf trong mạch được trình bày như hình vẽ.

Hình 2.20: Đặc tính cơ hãm ngược với điện trở trong mạch phần ứng

 Hãm ngược bằng đảo chiều điện áp phần ứng

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi hãm được biểu diễn trên hình vẽ.

Chú ý khi thực hiện hãm chiều dòng điện kích từ cần giữ nguyên.

Người ta thường sử dụng trạng thái này để hãm dừng máy. Đoạn bc trên đặc tính cơ là đặc tính hãm ngược Dòng điện hãm là: p u dm h R R

Phương trình đặc tính cơ là:

Rf đựoc tính để sao cho dòng điện hãm ban đầu nằm trong giới hạn cho phép

Đặc tính cơ động cơ KĐB

- Giá thành hạ so với động cơ DC.

- Vận hành tin cậy, chắc chắn, không cần linh kiện phụ.

- Điều chỉnh tốc độ khó.

- Khống chế quá trình quá độ khó khăn,các động cơ lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ).

2.3.1 Phương trình đặc tính cơ Để lập phương trình đặc tính cơ ta sử dụng sơ đồ thay thế một pha hình 2.29.

- Ba pha động cơ là đối xứng

- Nguồn xoay chiều hình sin ba pha đối xứng

- Trở kháng không thay đổi theo nhiệt độ.

- Tổng dẫn mạch từ không đổi, dòng từ hoá chỉ phụ thuộc điện áp vào stator.

- Bỏ qua tổn thất do ma sát ổ đỡ, trong lõi thép.

Hỡnh 2.29: Sơ đồ thay thế một pha ĐC KĐB

U1ph hay U1f là trị số hiệu dụng của điện áp pha stator (V).

I’2 là dòng rôto đã quy đổi về stator (A).

I à là thành phần dũng điện từ húa

I1 là dòng điện pha dây quấn stator,

X à , X1 δ, X’2 δ là điện khỏng mạch từ, điện khỏng tản stator, điện khỏng tản rụto đó quy đổi về stator.

Rà, R1, R’2 là điện trở mạch từ, điện trở dõy quấn pha stator, rụto đó quy đổi về stator s là hệ số trượt của động cơ:

1 n n s = − = n − ω ω ω Trong đó: ω1 tốc độ của từ trường quay ở stator động cơ, còn gọi là tốc độ đồng bộ (rad/s):

= π ω hay p n 1 = 60 f 1 ω tốc độ góc của rôto động cơ (rad/s). f 1 tần số của điện áp nguồn đặt vào stator (Hz), p số đôi cực của động cơ.

Ngoài ra, nếu gọi f 2 là tần số của dòng điện rotor thì f 2 = s f 1

Từ sơ đồ thay thế: Đặt Xnm = X1 δ + X ' 2 δ là điện kháng ngắn mạch Nó có giá trị lớn nhất khi ngắn mạch động cơ.

Hình 2.30: Đặc tính dòng stator

Hình 2.31: Đặc tính dòng rôto

Ta có dòng điện rotor quy đổi về stator: s =1 ω=0

Dựa vào điều kiện cân bằng công suất trong động cơ: Công suất điện từ chuyển từ stator sang rotor:

Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì có thể coi mô men điện từ Mđt của động cơ bằng mô men cơ Mcơ: Mđt= Mcơ= M hay Mω 1 = M ω + ∆ P 2

Xét công suất nhiệt trong cuộn dây 3 pha: ∆P 2 = 3R’2 I’2 2 (3)

Phương trình (4) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ.

Xác định điểm cực trị:

Hình 2.32: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ KĐB

Hình 2.33: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ KĐB ω= f(M) trong chế độ động cơ.

2.3.2 Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ. Ảnh hưởng của điện áp lưới (U L ):

Khi điện áp lưới giảm, mômen tới hạn Mth sẽ giảm theo bình phương độ suy giảm của UL, trong khi tốc độ đồng bộ ω1 và hệ số trượt tới hạn Sth không thay đổi Điều này dẫn đến sự thay đổi trong đặc tính cơ khi UL giảm, như thể hiện trong hình 2.34.

Hình 2.34: Đặc tính cơ khi giảm điện áp Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato:

Khi điện trở hoặc điện kháng trong mạch stato thay đổi, hoặc khi thêm điện trở phụ (R1f) và điện kháng phụ (X1f), nếu tần số góc ωo giữ nguyên, thì mômen sẽ bị ảnh hưởng theo biểu thức đã đề cập.

Mth và Sth đều giảm, nên đặc tính cơ có dạng như hình 2.35.

Hình 3.35: Đặc tính cơ khi có Rf và Xf trong mạch.stato. Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch rôto:

Khi thêm điện trở phụ R2f và điện kháng phụ X2f vào mạch rôto của động cơ, tần số góc ωo được giữ cố định, trong khi mô men Mth cũng không đổi Tuy nhiên, độ trượt Sth sẽ biến đổi, dẫn đến việc đặc tính cơ của động cơ có hình dạng như trong hình 3.36.

Hình 3.35: Đặc tính cơ khi có R f trong m ạch rô to. Ảnh hưởng của tần số lưới cung cấp cho động cơ:

Khi tần số nguồn cung cấp cho động cơ thay đổi (f1), tốc độ từ trường ωo và tốc độ của động cơ ω cũng sẽ thay đổi, với mối quan hệ giữa chúng được biểu diễn qua công thức ωo = 2π.f1 / p.

Đặc tính cơ của máy điện sẽ thay đổi khi tần số thay đổi, và số đôi cực p có ảnh hưởng đáng kể đến điều này Để điều chỉnh số đôi cực ở stato, chúng ta thường thực hiện việc thay đổi cách đấu dây, vì sự thay đổi này liên quan trực tiếp đến tần số f.

Hình 3.36: a) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực, M th = const. b) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực, p 1 = const.

2.3.3 Cách vẽ đặc tính cơ (Tham khảo GT trang 70) a) Đặc tính cơ tự nhiên. b) Đặc tính cơ biến trở (đối với động cơ rôto dây quấn).

2.3.4 Khởi động và cách xác định điện trở khởi động

Các yêu cầu và phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ tương tự như động cơ một chiều kích từ độc lập Đối với động cơ rôto dây quấn, để hạn chế dòng khởi động và tăng mô men khởi động, người ta sử dụng điện trở phụ trong mạch rôto trong quá trình khởi động, sau đó loại bỏ dần các điện trở này theo từng cấp.

Hình 2.37: Khởi động động cơ không đồng bộ rôto dây cuốn bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch rôto khi khởi động

Để xác định trị số các cấp điện trở khởi động, có thể sử dụng sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khởi động, trong đó các đặc tính đã được tuyến tính hóa trong đoạn khởi động.

Quá trình tính toán khởi động như sau:

- Dựa vào các thông số của động cơ về đặc tính cơ tự nhiên.

- Chọn các trị số của mô men

Đường M1 và M2 song song với trục tung cắt đặc tính tự nhiên tại điểm a và b, đồng thời cắt đường song song với trục hoành qua ự1 tại điểm N Điểm N được chọn làm điểm đồng quy xuất phát cho các đặc tính khởi động Phương pháp vẽ được thực hiện tương tự như đối với động cơ một chiều kích từ độc lập.

Xác định điện trở khởi động:

Từ đồ thị ta có : 21 2 R 2

2.3.5 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ đồng bộ, dẫn đến từ trường quay cắt các thanh dẫn của cuộn dây stato và rôto theo cùng một chiều Khi này, sức điện động của stato và rôto trùng pha nhau Tuy nhiên, trong quá trình hãm tái sinh, sức điện động của stato vẫn giữ chiều cũ, trong khi sức điện động của rôto đổi chiều do tốc độ rôto vượt quá tốc độ đồng bộ, khiến các thanh dẫn rôto cắt từ trường quay theo chiều ngược lại.

Dòng điện trong cuộn dây rôto được tính:

Khi chuyển sang trạng thái hãm tái sinh S < 0, chỉ có thành phần tác dụng của dòng điện rôto đổi chiều, dẫn đến mômen đổi chiều, trong khi thành phần phản kháng vẫn giữ nguyên chiều Trong trạng thái hãm tái sinh, động cơ hoạt động như một máy phát điện song song với lưới, cung cấp công suất tác dụng về lưới nhưng vẫn tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì từ trường quay.

Động cơ không đồng bộ có thể điều chỉnh tốc độ thông qua phương pháp tần số hoặc số đôi cực Khi giảm tốc, quá trình hãm và tái sinh có thể được thực hiện hiệu quả.

Trên hình 2.38 đoạn đặc tính hãm tái sinh là bω12,bω13, ở đó ω >ω12hoặc ω >ω13

Hình 2.38: Đặc tính cơ hãm tái sinh khi thay đổi T (a) khi tải thế năng (b)

Động cơ không đồng bộ trong hệ truyền động tải năng có khả năng thực hiện hãm tái sinh khi hạ tải với tốc độ ω > -ω1, như thể hiện trong hình 2.38b Quá trình hãm tái sinh này xảy ra khi từ trường quay đổi chiều bằng cách thay đổi thứ tự hai trong ba pha điện áp stato, tương ứng với đường đặc tính cơ của động cơ.

1 Hãm ngược nhờ thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng

Hãm ngược xảy ra khi động cơ đàn làm việc và được kết nối vào mạch phần ứng với điện trở phụ lớn Khi động cơ hoạt động tại điểm A trên đặc tính cơ 1 góc phần tư I để nâng tải với tốc độ nhất định, các tiếp điểm K được đóng lại nhằm dừng vật và hạ xuống Để thực hiện quá trình này, động cơ được nối thêm điện trở phụ Rp vào mạch phần ứng thông qua việc mở các tiếp điểm.

K (công tắc tơ K thôi tác động) đặc tính cơ tương ứng là đặc tính 2 rất dốc.

Khi thêm R p vào chế độ hãm ngược, mômen động cơ tạo ra sẽ chống lại chuyển động xuống của vật, trong khi mômen tải trọng lại thúc đẩy chuyển động xuống Trong tình huống này, động cơ hoạt động như một máy phát.

2 Hãm ngược nhờ đảo chiều quay

Hãm ngược xảy ra khi thứ tự hai trong ba pha điện áp được đổi trong quá trình động cơ đang hoạt động Giả sử động cơ đang quay thuận và làm việc với tải có mômen phản kháng tại điểm A trên đặc tính cơ tự nhiên.

C C PH Á ƯƠNG PH P Á ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐC MỘT CHIỀU BẰNG

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

chọn công suất động cơ

Ngày đăng: 15/02/2015, 10:00

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

w