Thiết kế hệ thống truyền động điện cho máy công tác có mô men cản bằng mô men định mức của động cơ đinh văn cường

Các số liệu ban đầu của động cơ như sau : n = 5 Phân tích và chọn giải pháp cấp điện cho động cơ; Xây dựng các giản đồ khởi động, hãm và điều chỉnh tốc độ; Lựa chọn các thiết bị cần thiế

lời nói đầuTrong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nước với nền công nghiệp phát triển như hiện nay, nhất là các ngành lĩnh vực công nghiệp mỏ, vấn đề đưa tự

động hoá để điều khiển thiết bị là giải pháp rất cần thiết Chính vì thế mà Truyền động điện tự động đang được ứng dụng rộng rãi và nó đóng vai trò quan trọng trong

việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, vì vậy các hệ thống truyền động điện tự động luôn được nghiên cứu và chế tạo ngày một tân tiến để đáp ứng các yêu cầu công nghệ mới với khả năng tự động hoá ngày càng cao

Việc nghiên cứu các vấn đề về TĐĐ có ý nghĩa rất to lớn, ngày càng mở rộng

và thu được nhiều kết quả quan trọng, cải thiện sức lao động cho con người và có giá trị kinh tế cao Qua thời gian học tập môn Lý thuyết truyền động điện, em rất vinh dự được giao đề tài tham gia nghiên cứu thiết kế TĐĐ tự động, với nội dung cụ thể là :

“Thiết kế hệ thống truyền động điện cho máy công tác có mô men cản bằng mô men định mức của động cơ Biết mô men cản là loại tác dụng Các số liệu ban đầu của động cơ như sau : n = 5

Phân tích và chọn giải pháp cấp điện cho động cơ;

Xây dựng các giản đồ khởi động, hãm và điều chỉnh tốc độ;

Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống truyền động như: áptômát, công tắc tơ, nguồn ….;

Tìm các luật biến thiên của :  = f(t) ; M = f(t) ; i = f(t) và phân tích kết quả nhận được ;

Các bản vẽ :

- Sơ đồ cấu trúc mô phỏng hệ thống kèm theo các kết quả mô phỏng ;

- Sơ đồ nguyên lý điều khiển của hệ thống truyền động đã thiết kế

Qua đồ án này em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn Song với những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của

em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy giáo và các bạn để đồ án môn học của em được hoàn thiện hơn.

Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo PGS.TS Thái Duy Thức và các bạn trong lớp

đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án môn học này.

Quảng Ninh, tháng 05 năm 2010.

Sinh viên

ĐINH VĂN cường

Chương 1:

Chọn phương án cấp điện cho động cơTrong một hệ thống Truyền động điện tự động, thì động cơ điện là phần tử có vai trò rất quan trọng, nó làm nhiệm vụ truyền động cho cả hệ thống TĐĐ Do đó, đòi hỏi người thiết kế TĐĐ tự động, phải chọn được một phương án cung cấp điện phù hợp nhất với động cơ điện của hệ thống, nhằm đảm bảo được các yêu cầu: Cung cấp điện cho động cơ làm việc tin cậy mà vẫn đảm bảo được hiệu quả cao trên

cả hai phương diện kinh tế và kỹ thuật.

Mặt khác, như ta đã biết Hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp sản xuất nói chung, được quyết định bởi công suất tiêu thụ của các phụ tải; đặc điểm của xí nghiệp và hướng phát triển cung cấp điện nói chung Nói cách khác, trong một phạm vi hẹp hơn là một hệ thống TĐĐ tự động, thì việc chọn phương án cung cấp điện phải căn cứ vào trị số công suất của động cơ điện; đặc điểm làm việc của động

cơ trong hệ thống Vì vậy, trong chương 1 này sẽ giới thiệu về cách chọn phương án cấp điện cho động cơ điện một chiều, đáp ứng được các yêu cầu như đề tài đã nêu trên:”Thiết kế bộ điều khiển tốc độ cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập” 1.1 Tính toán và lựa chọn các thông số kỹ thuật của động cơ điện một chiều kích từ độc lập :

1.1.1 Theo đề tài đã cho, ta có :

n

R u

= 0,88;

dm

 = 0,105.n đm = 0,105.1750 = 183,75 (rad/s);

I kđ = ( 2  2,5 ) I đm = 2 33,33 = 66,66 (A) 1.2 Các phương pháp cấp điện cho động cơ

Về lý thuyết để cấp điện một chiều (DC) cho động cơ, thì ta có thể dùng mạch chỉnh lưu 1 pha hoặc 3 pha, có điều khiển hoặc không có điều khiển Tuy nhiên, một yêu cầu khác của đề tài đặt ra là phải điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ Việc điều khiển tốc độ quay của động cơ có thể được thực hiện theo các phương pháp sau:

1.2.1 Cấp điện cho động cơ bằng nguồn một chiều có sẵn

a) Sơ đồ cấu tạo

Sinh viªn: §inh V¨n Cêng 4 Líp: LTC§ K53

- R f1 ; R f2 ; R f3 : Các điện trở phụ được đấu nối tiếp với phần ứng động cơ để hạn chế dòng điện khi khởi động.

- 1K 1 , 2K 1 , 3K 1 : Các tiếp điểm của công tắc tơ để loại dần các điện trở trong quá trình khởi động.

- Ư: Phần ứng động cơ.

- KTĐL: Cuộn dây kích từ độc lập động cơ.

- R: Điện trở phụ để điều chỉnh dòng điện trong cuộn dây kích từ.

b) Nguyên lý làm việc

- Cung cấp điện cho cuộn dây kích từ độc lập và phần ứng động cơ, lúc này các cuộn dây công tắc tơ 1K, 2K, 3K chưa có điện, các tiếp điểm 1K 1 , 2K 1 , 3K 1 vẫn

mở, toàn bộ điện trở phụ R f1 , R f2 , R f3 được đấu nối tiếp với phần ứng động cơ Động

cơ khởi động với dòng điện khởi động I kđ = (2  2,5).I đm Sau đó các tiếp điểm 1K 1 , 2K 1 , 3K 1 lần lượt được đóng lại đảm bảo trong suốt quá trình khởi động động cơ làm việc với dòng điện:

(1,1  1,2).I t  I kđ  (2  2,5).I đm

Trong đó I t : Dòng điện tải

Khi khởi động xong các điện trở phụ R f1 , R f2 , R f3 được loại ra khỏi phần ứng động cơ Động cơ làm việc ổn định với dòng điện I ư = I t

- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ có thể sử dụng các phương pháp:

+ Đấu thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng (như đã trình bày ở trên).

+ Thay đổi từ thông cuộn kích từ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây kích từ nhờ điện trở đệm hoặc thiết bị điều chỉnh áp một chiều.

+ Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ bằng phương pháp điều chỉnh

áp một chiều nhờ thiết bị điều chỉnh áp một chiều.

- Việc đảo chiều quay động cơ có thể sử dụng các phương pháp : Đảo chiều dòng điện mạch phần ứng hoặc dòng điện mạch kích từ bằng cách dùng cặp công tắc tơ đảo chiều.

c) ưu, nhược điểm:

Hình 1.1

1.1.2 Cấp điện cho động cơ bằng máy phát điện một chiều (Hệ thống máy phát động cơ)

a) Sơ đồ cấu tạo

- ĐX: Động cơ xoay chiều truyền chuyển động quay cho máy phát F và máy phát kích thích FK.

- FK: Máy phát tự kích thích cung cấp điện cho kích từ độc lập động cơ Đ, kích từ độc lập máy phát F và mạch điều khiển.

- F: Máy phát cung cấp nguồn một chiều cho động cơ Đ.

- Đ: Động cơ một chiều

- KTFK, KTF, KTĐ: Các cuộn dây kích từ của các máy phát và động cơ.

- R 1 , R 2 , R 3 : Điện trở điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu cuộn kích từ.

- T, L: Các cặp tiếp điểm đảo chiều dòng điện trong cuộn kích từ máy phát F

- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ nhờ thay đổi điện áp đặt vào hai đầu cuộn kích từ độc lập máy phát F.

- Việc đảo chiều quay động cơ bằng cách đảo chiều điện áp phát ra của máy phát F nhờ đảo chiều dòng điện kích từ độc lập máy phát thông qua các cặp tiếp điểm T và L.

Sinh viªn: §inh V¨n Cêng Líp: LTC§ K53

ĐL

Hình 1.2

6

- Việc hãm động cơ thường sử dụng phương pháp hãm tái sinh, hãm ngược

và phanh cơ.

c) Ưu, nhược điểm

- Ưu điểm:

+ Dễ điều khiển, điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay.

+ Khả năng chịu quá tải lớn.

1.2.3 Cấp điện cho động cơ bằng chỉnh lưu có điều khiển

a) Sơ đồ cấu tạo (như hình vẽ 1.3)

- Đ: Động cơ một chiều kích từ độc lập.

- KTĐL: Cuộn dây kích từ độc lập động cơ.

- R: Điện trở điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây kích từ.

- T 1 , T 2 , T 3 , T 4 , T 5 , T 6 : Các thyristor được mắc theo sơ đồ cầu để chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ.

- D 1 , D 2 , D 3 , D 4 : Các điốt được mắc theo sơ đồ cầu để chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho kích từ độc lập động cơ.

b) Nguyên lý làm việc

- Đóng điện cho bộ chỉnh lưu dùng điốt, kích từ độc lập của động cơ có điện.

- Đóng điện cho bộ chỉnh lưu dùng thyristor lúc này các thyristor chưa mở phần ứng động cơ chưa có điện nên động cơ chưa làm việc.

- Phát chùm xung điều khiển vào chân điều khiển của các thyristor, các thyristor sẽ được mở hoặc đóng theo quy luật phụ thuộc vào quy luật phát xung Xuất hiện dòng một chiều chạy trong phần ứng động cơ làm động cơ quay.

- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ nhờ thay đổi góc phát xung .

- Việc đảo chiều quay động cơ thường sử dụng các phương pháp :

+ Dùng hai bộ chỉnh lưu cấp điện cho phần ứng động cơ hoặc cấp điện cho kích từ độc lập động cơ.

+ Đảo chiều dòng điện phần ứng hoặc đảo chiều dòng điện kích từ độc lập nhờ các cặp tiếp điểm công tắc tơ

+ Việc hãm động cơ thường sử dụng phanh cơ, hãm động năng, hãm đấu ngược, hàm tái sinh với bộ chỉnh lưu có khả năng làm việc ở chế độ nghịch lưu.

c) Ưu, nhược điểm

+ Giá thành đắt, đặc biệt đối với động cơ có công suất lớn.

+ Đòi hỏi người công nhân vận hành, sửa chữa phải có tay nghề cao.

Tóm lại: Với công suất động cơ mà đề tài yêu cầu thiết kế là P đm = 8 kW thì chọn phương án cung cấp điện dùng chỉnh lưu có điều khiển là hợp lý nhất, sơ đồ tổng quát như hình 1.4:

kt

B



Hình 1.4

1.3 Cung cấp dòng một chiều cho cuộn kích từ

Nếu dùng chỉnh lưu cho cuộn kích từ thì tải của nó là (L - R), để thuận tiện cho việc điều khiển; chi phí đầu tư ban đầu thấp, ta sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 2 pha bán điều khiển, có sơ đồ như hình vẽ 1.5:

Sinh viªn: §inh V¨n Cêng 8 Líp: LTC§ K53

Hình 1.5 Với cách bố trí như trên, thì ta có thể điều chỉnh được tốc độ quay của động

cơ Đ, bằng cách thay đổi điện áp một chiều (U DC ) cấp vào cuộn kích từ, nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ quay của động cơ khác so với tốc độ cơ sở (tốc độ nằm trên đường đặc tính tự nhiên) Vì vậy, nếu điều chỉnh hợp lý điện áp cấp vào phần ứng

và điện áp cấp vào cuộn kích từ, thì hệ thống có thể điều chỉnh tốc độ theo cả hai hướng (hướng trên và hướng dưới so với tốc độ cơ sở, với các tải biến đổi theo quy luật hypebol) Đây là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng mà một hệ thống TĐĐ tự động cần đạt được.

1.4 phương pháp Đổi chiều quay động cơ

Để đảo chiều quay của động cơ trong hệ thống CL - Đ, người ta có thể dùng một trong các phương án sau:

1.4.1 Đảo chiều cực tính điện áp đấu vào phần ứng của động cơ, bằng cách sử dụng cầu tiếp điểm

Người ta sử dụng hai Công-tắc-tor, để điều khiển cho động cơ quay thuận (T)

và quay ngược (N), sơ đồ nguyên lý như hình vẽ 1.6:

§

T N

1

2

BBA

®kU

Hình 1.6 Hai cặp tiếp điểm T - T và N - N làm việc ngược nhau: Nếu hai tiếp điểm này đóng; thì hai tiếp điểm kia sẽ mở ra Giả sử khi muốn cho động cơ quay thuận, điều khiển cho Công tăc tor quay thuận đóng các tiếp điểm T - T , dòng điện chạy từ (+) nguồn, qua một tiếp điểm T đến cực số 1 của động cơ, qua dây quấn phần ứng, qua

điều

U

B

I kt

cực số 2 và tiếp điểm T để trở về (-) nguồn Tương tự, với trường hợp muốn động cơ quay theo chiều ngược lại, các tiếp điểm N - N được đóng lại; các tiếp điểm T - T mở

ra, dòng điện qua phần ứng sẽ đảo chiều, động cơ quay theo chiều ngược lại.

Nhược điểm của phương pháp là kích thước cồng kềnh; các tiếp điểm thường xuyên phải đóng - mở, vì vậy với các động cơ công suất lớn dòng điện làm việc có giá trị lớn, làm cho các tiếp điểm nhanh bị phá hỏng; đặc biệt là khó đảm bảo an toàn với các môi trường có tính chất dễ cháy nổ như: dầu khí hay khai thác mỏ hầm lò.

1.4.2 Đảo chiều cực tính điện áp đấu vào phần ứng động cơ, bằng cách sử dụng hai

Sự phối hợp này gọi là sự phối hợp tuyến tính.

Giả sử cần động cơ quay thuận, ta cho B 1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, nghĩa

là  1 = 0  90 0 , U d1 > 0; còn  2 > 90 0 , B 2 làm việc ở chế độ nghịch lưu U d.2 < 0 Trị số cho phép (khoảng cho phép điều chỉnh) của góc mở  1 và  2 , được tính toán cụ thể ở phần sau:

U d.1 = U 0 Cos 1 > 0;

U d.2 = U 0 Cos 2 < 0.

Cả hai điện áp đều đặt lên phần ứng của động cơ Đ, động cơ sẽ quay theo chiều thuận (chiều tác dụng của S.đ.đ U d.1 ), vì các Tiristor ở bộ B 2 không thể cho dòng chạy từ Katốt về Anốt

Nếu cho điện áp điều khiển U đk < 0 , thì B 2 sẽ làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn

B 1 sẽ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại,

để thực hiện đảo chiều.

Sinh viªn: §inh V¨n Cêng 10 Líp: LTC§ K53

Đặc điểm của chế độ đảo dòng như đã trình bày trên là: làm xuất hiện một dòng điện lúc thì chạy từ B 1 sang B 2 , lúc thì chạy từ B 2 vào B 1 mà không qua mạch động cơ Người ta gọi nó là “dòng điện tuần hoàn”

Dòng điện tuần hoàn làm cho máy biến áp và các Tiristor làm việc nặng nề hơn Vì vậy, để hạn chế dòng điện tuần hoàn người ta dùng các điện cảm L 1 và L 2 , như trên hình vẽ _1.7.

Nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư cao nhưng ngược lại nó

có ưu điểm đó là: làm việc tin cậy, kích thước nhỏ gọn, thời gian đảo chiều ngắn, không phát sinh tia lửa trong quá trình điều khiển nên an toàn với các môi trường

dễ cháy nổ như dầu khí hoặc khai thác mỏ hầm lò.

1.4.3 Đảo chiều cực tính điện áp đấu vào cuộn kích từ bằng cách sử dụng hai bộ biến đổi

Sơ đồ nguyên lý của phương án này như hình 1.8

Ưu điểm của phương pháp đổi chiều quay này là trị số dòng điện qua các bộ

CL nhỏ vì nó chỉ là dòng kích từ nên việc lựa chọn các linh kiện bán dẫn cũng dễ dàng và giá thành hạ hơn Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp là với các tải có quán tính lớn, thì thời gian đảo chiều dài (thời gian trễ lớn), mặt khác ta phải sử dụng 3 bộ chỉnh lưu có điều khiển nên sẽ phức tạp trong đấu nối và sửa chữa.

§

1B

B2

Hình 1.8 Tóm lại: Qua việc phân tích ưu - nhược điểm của từng sơ đồ, trong các phương án trên ta thấy: áp dụng phương án 1.3.2 cho đề tài là hợp lý hơn cả, thoả mãn được các yêu cầu đặt ra là: điều chỉnh tốc độ theo cả hai hướng trên - dưới, đảo chiều quay của động cơ với thời gian đảo chiều ngắn, có thể thực hiện hãm tái sinh

để trả năng lượng về nguồn khi động cơ làm việc ở chế độ hãm và chế độ điều chỉnh giảm tốc độ, chi phí đầu tư cho lắp đặt và vận hành thấp, đặc biệt là có thể làm việc

an toàn trong các môi trường dễ cháy nổ, vì không phát sinh tia lửa trong qua trình điều khiển

Chương 2phương án Khởi động, hãm và điều chỉnh tốc độ động cơ

2.1 phương pháp khởi động động cơ

Từ phương trình cân bằng áp U = E + I ư R , ta dễ dàng suy ra được dòng làm việc của động cơ, khi làm việc ở chế độ động cơ là:

I ư =

u

K U R

Để giảm dòng khởi động ta có hai biện pháp: Thứ nhất là tăng điện trở mạnh phần ứng khi khởi động (dùng các điện trở phụ đấu nối tiếp với mạch phần ứng); Thứ hai là giảm điện áp đấu vào cực động cơ khi khởi động (ta dùng bộ biến đổi tĩnh).

2.1.1 Khởi động động cơ dùng các điện trở phụ.

Quá trình khởi động diễn ra như sau:

Khi bắt đầu khởi động, tiếp điểm các Công tắc tơ gia tốc 1G, 2G, 3G, 4G được mở Người vận hành ấn nút khởi động trên mạch điều khiển, tiếp điểm M được đóng lại, động cơ khởi động với toàn bộ các cấp điện trở phụ:

(R f = R ư +R f1 + R f2 + R f3 + R f4 )

Dòng khởi động ban đầu là:

I 1 =

f u

dm

R R

đến khi cấp điện trở phụ cuối cùng được loại ra, động cơ chuyển sang khởi động trên đường đặc tính tự nhiên tại điểm 9 Sau đó tiếp tục tăng tốc về làm việc cân bằng tại điểm F, quá trình khởi động kết thúc

Trên thực tế, trước đây phương pháp này được dùng nhiều, nhưng hiện nay với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của điện tử công suất, thì phương pháp này lại ít được sử dụng Vì nó gây ra tổn hao năng lượng trong quá trình điều chỉnh, kích thước thiết bị cồng kềnh, các tiếp điểm điện thường xuyên đóng - mở nên tuổi thọ không cao.

2.1.2 Khởi động động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp nguồn

Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển, như trên hình vẽ 2.2:

Hình 2.2

BA : là máy biến áp;

T 1 , T 2 T 6 : Là các Thyritor (Thy), trong đó các Thyritor T 1 , T 3 , T 5 là nhóm mắc chung Katốt; còn nhóm T 2 , T 4 , T 6 là nhóm mắc chung Anốt Điều kiện mở của các Thy là: ở nhóm chung Katốt, thì Anốt của Thy nào dương nhất và có xung điều khiển; ở nhóm chung Anốt, thì thế ở Katốt của Thy nào âm nhất và có xung điều khiển.

Nguyên lý làm việc của chỉnh lưu như sau: Giả sử cấp xung điều khiển lệch một góc  so với điểm mở tự nhiên, nên tại thời điểm  1 = (/6 + ), ta cấp xung điều khiển cho T 1 ( Anốt của T 1 có thế dương nhất), nên T 1 mở, dòng điện từ pha A

 T 1  Tải  T 6  về pha B, quá trình này kéo dài đến  2 , với lý luận tương tự dựa vào sơ đồ ta có:

chiều chỉ phụ thuộc vào góc điều chỉnh  Để đảm bảo điện áp chỉnh lưu, cấp vào

phần ứng của động cơ U d < U đm , thì ta phải chọn khoảng giới hạn góc điều khiển 

- Để đảm bảo cho điện áp chỉnh lưu trung bình U d  U đm = 240 V, thì góc mở

min phải thoả mãn: 2,34 U 2 cos min = 240  min = 62,21 0

- Mặt khác giá trị điện áp cung cấp cho động cơ, phải đảm bảo: U kđ < U đm và

I kđ < (2  2,5) I đm , nếu coi mạch phần ứng chỉ có R ư thì Ta có:

dm u

R

U

2

  U kđ = 2 I đm R ư = 2 33,33 2,306 = 153,71 (V).

 Ukđ = 2,34 U 2 cosmax = 153,71  max = 72,62 0 Vậy khoảng giới hạn góc

điều chỉnh là:

 = ( 62,21 0  72,62 0 )

2.2 phương pháp hãm điện của động cơ

Hãm điện của động cơ là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược lại với chiều tốc độ góc Trong tất cả các chế độ hãm, động cơ đều làm việc ở chế độ hãm Với động cơ một chiều kích từ độc lập có ba trạng thía hãm: Hãm tái sinh, hãm đấu ngược và hãm động năng.

2.2.1 Hãm đấu ngược

Hãm đấu ngược xảy ra khi động cơ được đấu để quay theo một chiều nhất định, nhưng trên thực tế (trong quá trình làm việc) động cơ quay theo chiều ngược lại, do tác dụng của quán tính hoặc do tác dụng mômen cản của các tải có tính chất thế năng.

Với tải có tính chất thế năng, hãm

đấu ngược có thể xảy ra trong trường hợp

đấu điện trở phụ đủ lớn vào mạch phần

ứng của động cơ.

Giả sử động cơ đang làm việc ổn

định tại điểm A ở trạng thái nâng tải (Hình

2.3), nếu đưa điện trở phụ đủ lớn vào mạch

phần ứng, sao cho M n.m < M C , động cơ sẽ

chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc

tính biến trở Tại B, do mômen động cơ

sinh ra nhỏ hơn mômen cản nên tốc độ

Sinh viªn: §inh V¨n Cêng Líp: LTC§ K53

động cơ giảm dần theo đoạn đặc tính BC; tại C động cơ dừng lại (c 0) Nhưng do tác dụng của mômen cản có tính chất thế năng và có trị số lớn hơn mômen động cơ sinh ra nên động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại, tăng tốc và làm việc ổn định tại

điểm D (tại đây mômen M đc = M C ).

ở trường hợp này động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện, biến điện năng nhận từ lưới và cơ năng trên trục động cơ thành nhiệt năng đốt nóng điện trở hãm và mạch phần ứng, làm cho điện trở hãm và động cơ bị nóng lên Với các động cơ có công suất lớn, thường xuyên phải thực hiện quá trình hãm, thì lượng nhiệt toả ra là rất lớn, làm già hoá cách điện của dây quấn động cơ; làm quá nhiệt điện trở hãm, gây nguy hiểm với các môi trường dễ cháy nổ (như dầu khí hoặc khai thác mở hầm lò).

2.2.2 Hãm động năng

Hãm động năng được thực hiện bằng cách cắt phần ứng của động cơ ra khỏi lưới điện và đấu vào điện trở hãm Trong khi đó động cơ vẫn quay do quán tính hoặc do tải Động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học trên trục động cơ được chuyển thành năng lượng điện năng tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt Hãm động năng có thể thực hiện theo hai phương pháp: hãm động năng kích từ độc lập hoặc hãm động năng kích từ tự kích.

+) Hãm động năng kích từ độc lập: phương pháp hãm này được thực hiện

bằng cách cắt phần ứng của động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm; còn mạch kích từ vẫn được nối vào nguồn như cũ Sơ đồ và đặc tính như hình

Quá trình hãm x y ra nh sau: Gi s tr ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ư sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ử trước đó động cơ đang làm việc ư sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việcớc đó động cơ đang làm việc điều điều ộng cơ đang làm việc c ó ng c ang l m vi c ơ đang làm việc điều àm việc ệc

n điều nh t i i m A, ch ạch điều ển ở chế độ động cơ Khi thực hiện hãm động năng kích từ ến điều ộng cơ đang làm việc điều ộng cơ đang làm việc ng c Khi th c hi n hãm ơ đang làm việc ực hiện hãm động năng kích từ ệc điều ộng cơ đang làm việc ng n ng kích t ăng kích từ ừ

c l p thì i m l m vi c c a ng c s chuy n r i n i m B ho c C

điều ộng cơ đang làm việc điều ển àm việc ệc ủa động cơ sẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C điều ộng cơ đang làm việc ơ đang làm việc ẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C ển ời đến điểm B hoặc C điều ến điều ển ặc C trên điều ư sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việcời đến điểm B hoặc C ng điều ặc C c tính hãm ( i m l m vi c có th l i m B ho c C còn tu điều ển àm việc ệc ển àm việc điều ển ặc C ỳ thu c v o giá tr c a i n tr hãm) Sau ó ộng cơ đang làm việc àm việc ủa động cơ sẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C điều ệc ở chế độ động cơ Khi thực hiện hãm động năng kích từ điều điều ộng cơ đang làm việc ng c s chuy n ơ đang làm việc ẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C ển điều ộng cơ đang làm việc ng ch m

d n, theo điều ặc C c tính hãm B0 ho c C0 v d ng l i t i i m 0 n u t i có tính ch t ặc C àm việc ừ ạch ạch điều ển ến ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ất

ph n kháng N u t i có tính ch t tác d ng m mu n d ng t i 0 thì ph i k t ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ến ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ất ụng mà muốn dừng tại 0 thì phải kết àm việc ốn dừng tại 0 thì phải kết ừ ạch ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ến

h p v i phanh c khí, n u không ớc đó động cơ đang làm việc ơ đang làm việc ến điều ộng cơ đang làm việc ng c s quay theo chi u ng ơ đang làm việc ẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C ều ư sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ạch àm việc àm việc c l i v l m

vi c n ệc điều nh t i B ho c C ạch ’ hoặc C’ ặc C ’ hoặc C’.

Ih

R h·m

'

'C

Rh1

h 2

R

Hình 2.4

+) Hãm động năng kích từ tự kích: Như ta đã thấy ở trên, nếu mất điện lưới

thì không thể thực hiện hãm động năng kích từ tự kích được Để khắc phục nhược điểm này người ta sử dụnghãm động năng kích từ tự kích Hãm động năng kích từ

tự kích xảy ra khi cắt cả mạch phần ứng và mạch kích từ ra khỏi lưới điện, sau đó đóng cả vào một điện trở hãm Nhưng quá trình thao tác trên phải giữ cho chiều dòng kích từ không đổi.

2.2.3 Hãm tái sinh (hãm trả năng lượng về nguồn)

Xét động cơ một chiều truyền động cho một cơ cấu nâng hạ (hình 2.5) Giảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc

s ử trước đó động cơ đang làm việc điều ộng cơ đang làm việc ng c ang l m vi c n ơ đang làm việc điều àm việc ệc điều nh t i i m A, trên ạch điều ển điều ặc C c tính c t nhiên, ơ đang làm việc ực hiện hãm động năng kích từ mômen c n tác d ng lên tr c ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ụng mà muốn dừng tại 0 thì phải kết ụng mà muốn dừng tại 0 thì phải kết điều ộng cơ đang làm việc ng c chính l t i tr ng nhân v i bán kính ơ đang làm việc àm việc ảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ọng nhân với bán kính ớc đó động cơ đang làm việc tang qu n cáp ất



k

U

, khi đó sức điện động do động cơ sinh ra bằng với điện áp nguồn cung cấp:

E = U = k.  0 , điểm làm việc tại B.

Tại thời điểm  =  0 mà đổi chiều tác dụng của mômen cản M C , thì động cơ tiếp tục tăng tốc và làm việc ổn định tại điểm A’ , S.đ.đ khi đó là:

E = k.  B > U

Sinh viªn: §inh V¨n Cêng 16 Líp: LTC§ K53

Nên: I ư = I h =



k

E

U 

< 0, nghĩa là dòng đi từ động cơ trả về nguồn Khi đó

mômen M C = k. I h < 0 sẽ đổi dấu, chiều tác dụng sẽ ngược với chiều quay của

động cơ Mônmen động cơ đổi chiều thành mômen hãm.

Hãm tái sinh là chế độ hãm kinh tế vì nó trả năng lượng về nguồn, điều kiện để có hãm tái sinh là  >  0 Trong thực tế hãm tái sinh xảy ra trong hai trường hợp :

+) Chuyển tốc độ từ cao sang

thấp của phương pháp điều chỉnh điện

áp: điểm làm việc A sẽ chuyển sang

điểm làm việc tại B 1 , nếu M C không

đổi thì động cơ giảm dần tốc độ và làm

việc ổn định tại điểm A’ Tại B động

cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh Vậy

ở chế độ hãm tái sinh thì ngay cả khi

điều chỉnh tốc độ (bằng cách thay đổi

điện áp) cũng thực hiện được quá

trình hãm trả nănng lượng về nguồn

Để thực hiện hãm dừng tải trong quá

trình nâng - hạ, ta điều chỉnh giảm

điện áp cấp vào phần ứng của động

cơ, sao cho đường đặc tính như đoạn B n D Tại điểm D tốc độ động cơ  = 0, muốn dừng lại phải kết hợp với phanh cơ khí.

+) Chế độ thả tải ở các cơ cấu nâng hạ, các trục tải cỡ lớn, cơ cấu ra vào và di chuyển ở các máy xúc điện có sử dụng TĐĐ một chiều.

2.3 điều chỉnh tốc độ động cơ

Để thay đổi tốc độ động cơ, ta có thể thay

đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi

điện áp đặt vào cuộn kích từ, để thay đổi từ

thông chính Việc điều chỉnh điện áp hoặc điều

chỉnh từ thông, đều phải đảm bảo: U đc < U đm và

đc <  đm để đảm bảo cho động cơ không phá

hỏng Tuy nhiên, việc thay đổi trị số dòng điện

kích từ để thay đổi tốc độ có thời gian trễ điều

khiển lớn, đặc biệt là với tải có quán tính lớn.

Vì vậy, phần này trình bày việc điều khiển tốc

- m : là số xung áp đập mạch trong một chu kỳ, với chỉnh lưu cầu 3 pha m 

6, nên ta có:

E do = sin6

6

.2

Giả thiết  =  đm = const; R ư = const, ta tiến hành điều chỉnh góc , để thay

đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ Về mặt kỹ thuật chỉ cho phép điều chỉnh theo hướng giảm so với U đm , vì nếu điều khiển theo hướng tăng thì động cơ sẽ bị phá hỏng Do đó góc điều chỉnh  phải thảo mãn:



Như vậy, khi tiến hành thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ ta được một họ các đặc tính nhân tạo, nằm phía dưới và song song với đặc tính cơ tự

nhiên (Hình 2.8) Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp theo hướng giảm, thì mômen

ngắn mạch, dòng ngắn mạch và tốc độ động cơ giảm Vì vậy phương pháp này được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ.