Giáo trình truyền động điện tự động (chương 2a)

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Chơng 2: ĐặC TíNH CƠ CủA Động cơ điện Đ 2.1. KHáI NIệM CHUNG Chơng 1 đã cho ta thấy, khi đặt hai đờng đắc tính cơ M() và M c () lên cùng một hệ trục tọa độ, ta có thể xác định đợc trạng thái lamg việc của động cơ và của hệ (xem hình 1-2 và hình 1-3): trạng thái xác lập khi M = M c ứng với giao điểm của hai đờng đặc tính M() và M c (); hoặc trạng thái quá độ khi M M c tại những vùng có xl ; trạng thái động cơ thuộc góc phần t thứ nhất và thứ ba; hoặc trạng thái hãm thuộc góc phần t thứ hai và thứ t. Khi phân tích các hệ truyền động, ta thờng coi máy sản xuất đã cho trớc, nghĩa là coi nh biết trớc đặc tính cơ M c () của nó. Vậy muốn tìm kiếm một trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu nh tốc độ, mômen, dòng điện động cơ v ta phải tạo ra những đặc tính cơ của động cơ tơng ứng. Muốn vậy, ta phải ta phải nắm vững các phơng trình đặc tính cơ và các đặc tính cơ của các loại động cơ điện, từ đó hiểu đợc các phơng pháp tạo ra các đặc tính cơ nhân tạo phù hợp với máy sản xuất đã cho và điều khiển động cơ sao cho có đợc các trạng thái làm việc theo yêu cầu công nghệ. Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mức của nó. Trong nhiều trờng hợp ta coi đặc tính này nh loạt số liệu cho trớc. Mặt khác nó có thể có vô số đặc tính cơ nhân tạo có đợc do biến đổi một hoặc vài thông số của nguồn, của mạch điện động cơ, hoặc do thay đổi cách nối dây của mạch, hoặc do dùng thêm thiết bị biến đổi. Do đó bất kỳ thông số nào có ảnh hởng đến hình dáng và vị trí của đặc tính cơ, đều đợc coi là thông số điều khiển động cơ, và tơng ứng là một phơng pháp tạo đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh. Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng thuận M = f() hay dạng ngợc = f(M). Trang 20 Đ 2.2. ĐặC TíNH CƠ CủA động cơ một chiều kích từ độc lập (ĐM đl ) 2.2.1. Sơ đồ nối dây của ĐM đl và ĐM ss : Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (ĐM đl ): nguồn một chiều cấp cho phần ứng và cấp cho kích từ độc lập nhau. Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì có thể mắc kích từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ đợc gọi là động cơ điện một chiều kích từ song song (ĐM ss ). 2.2.2. Các thông số cơ bản của ĐM đl : Các thông số định mức: n đm (vòng/phút); đm (Rad/sec); M đm (N.m hay KG.m); đm (Wb); f đm (Hz); P đm (KW); U đm (V); I đm (A); Các thông số tính theo các hệ đơn vị khác: * = / đm ; M * = M/M đm ; I * = I/I đm ; * = / đm ; R * = R/R đm ; R cb = U đm /I đm, ; %; M%; I%; Trang 21 a) b) H ình 2-1: a) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập. b) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ song song. Ckt R ktf I kt I I I kt + U - + U kt - R ktf R f E R f E + U - Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.2.3. Phơng trình đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của ĐM đl : Theo sơ đồ hình 2-1a và hình 2-1b, có thể viết phơng trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng nh sau: U = E + (R + R f ).I (2-1) Trong đó: U là điện áp phần ứng động cơ, (V) E là sức điện động phần ứng động cơ (V). = K a2 p .N =E (2-2) a2 N.p K = là hệ số kết cấu của động cơ. Hoặc: E = K e .n (2-3) Và: 55,9 n 60 n2 = = Vậy: K e = 55,9 K = 0,105.K R là điện trở mạch phần ứng, R = r + r ctf + r ctb + r tx , (). Trong đó: r là điện trở cuộn dây phần ứng của động cơ (). R ctf là điện trở cuộn dây cực từ phụ của động cơ (). R ctb là điện trở cuộn dây cực từ bù của động cơ (). R ctb là điện trở tiếp xúc giữa chổi than với cổ góp của động cơ (). R f là điện trở phụ mạch phần ứng. I là dòng điện phần ứng. Từ (2-1) và (2-2) ta có: Trang 22 I K R+R K U ổ ổfổổ = (2-4) Đây là phơng trình đặc tính cơ - điện của động cơ một chiều kích từ độc lập. Mặt khác, mômen điện từ của động cơ đợc xác định: M đt = KI (2-5) Khi bỏ qua tổn thất ma sát trong ổ trục, tổn thất cơ, tổn thất thép thì có thể coi: M cơ M đt M Suy ra: I = K M K M õt (2-6) Thay giá trị I vào (2-4), ta có: M )K( R K U M )K( R+R K U 2 ổổ 2 ổfổổ = = (2-7) Đây là phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Có thể biểu diễn đặc tính cơ dới dạng khác: = 0 - (2-8) Trong đó: = K U ổ 0 gọi là tốc độ không tải lý tởng. (2-9) )K( R )K( RR 2 ổ 2 fổổ = + = gọi là độ sụt tốc độ. (2-10) Từ các phơng trình đặc tính cơ điện (2-4) và phơng trình đặc tính cơ (2-8) trên, với giả thiết phần ứng đợc bù đủ và = const thì ta có thể vẽ đợc các đặc tính cơ - điện (hình 2-2a) và đặc tính cơ (hình 2-2b) là những đờng thẳng. Trang 23 Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đặc tính cơ tự nhiên (TN) là đặc tính cơ có các tham số định mức và không có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ: M )K( R K U 2 õm ổõm õm ổõm = (2-11) Đặc tính cơ nhân tạo (NT) là đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ. Khi = 0, ta có: nm ổfổ ổ ổ I RR U I = + = (2-12) Và: nmnm ổfổ ổ MKIK RR U M == + = (2-13) Trong đó: I nm - gọi là dòng điện (phần ứng) ngắn mạch M nm - gọi là mômen ngắn mạch Trang 24 Từ (2-7) ta xác định đợc độ cứng đặc tính cơ : ổfổ 2 RR )K( d dM + = = (2-14) Đối với đặc tính cơ tự nhiên: ổ 2 dm tn R )K( = (2-15) Và: * * tn R 1 = (2-16) Nếu cha có giá trị R thì ta có thể xác định gần đúng dựa vào giả thiết coi tổn thất trên điện trở phần ứng do dòng điện định mức gây ra bằng một nửa tổn thất trong động cơ: = , I U )1.(5,0R õm õm õmổ (2-17) * Ví dụ 2-1: Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các số liệu sau: Động cơ làm việc dài hạn, công suất định mức là 6,6KW; điện áp định mức: 220V; tốc độ định mức: 2200vòng/phút; điện trở mạch phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26; điện trở phụ đa vào mạch phần ứng: 1,26. * Giải: a) Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên: Đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 điểm: là điểm định mức [M đm ; đm ] và điểm không tải lý tởng [M = 0; = 0 ]. Hoặc điểm không tải lý tởng [M = 0; = 0 ] và điểm ngắn mạch [M nm ; = 0]. Hoặc điểm định mức [M đm ; đm ] và điểm ngắn mạch [M nm ; = 0]. Trang 25 0 đm TN nt NT I đm I nm I a ) 0 đm TN nt NT M đm M nm M b ) H ình 2-2: a) Đặc tính cơ - điện động cơ một chiều kích từ độc lập. b) Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Tốc độ góc định mức: rad/s3,230 55,9 2200 55,9 n õm õm === Mômen (cơ) định mức: Nm 6,28 3,230 1000.6,6 1000.P M õm õm õm == = Nh vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm là điểm định mức: [28,6 ; 230,3]. Từ phơng trình đặc tính cơ tự nhiên ta tính đợc: Wb 091 3,230 26,0.35220 R.IU K õm ổõmõm õm = = = Tốc độ không tải lý tởng: rad/s7,241 91,0 220 K U õm õm 0 = = Ta có điểm thứ hai của đặc tính [0; 241,7] và nh vậy ta có thể dựng đợc đờng đặc tính cơ tự nhiên nh đờng Ư trên hình 2 - 3. Ta có thể tính thêm điểm thứ ba là điểm ngắn mạch [M nm ; 0] Nm 770 26,0 220 91,0 R U KI.KM dm nmnm ==== Vậy ta có tọa độ điểm thứ ba của đặc tính cơ tự nhiên [770; 0]. Độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên có thể xác định theo biểu thức (2-15) hoặc xác định theo số liệu lấy trên đờng đặc tính hình 2-3. Nm.s 5,2 3,2307,241 6,28 M0 M d dM õm0 õm tn = = = = = Trang 26 b) Xây dựng đặc tính cơ nhân tạo có R f = 0,78 : Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ không tải lý tởng không thay đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo (có R f = 0,78) qua các điểm không tải lý tởng [0; 0 ] và điểm tơng ứng với tốc độ nhân tạo [M đm ; nt ]: (rad/s) 241,7 Ta tính đợc giá trị mômen (cơ) định mức: Nm 66,28 3,230 1000.6,6 1000.P M õm õm õm == = Và tính tốc độ góc nhân tạo: rad/s3,183 91,0 35).26,126,0(220 K I).RR(U õm õmổfổõm nt = + = + = Ta có tọa độ điểm tơng ứng với tốc độ nhân tạo [28,66; 183,3] Vậy ta có thể dựng đợc đờng đặc tính cơ nhân tạo có điện trở phụ trong mạch phần ứng nh đờng trên hình 2 - 3. Trang 27 230,3 Ư 183,3 0 28,6 M (Nm) H ình 2 - 3: Đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.2.4. Đặc tính cơ khi khởi động ĐM đl và tính điện trở khởi động: 2.2.4.1. Khởi động và xây dựng đặc tính cơ khi khởi động: + Nếu khởi động động cơ ĐM đl bằng phơng pháp đóng trực tiếp thì dòng khởi động ban đầu rất lớn: I kđbđ = U đm /R (10 ữ 20)I đm , nh vậy nó có thể đốt nóng động cơ, hoặc làm cho sự chuyển mạch khó khăn, hoặc sinh ra lực điện động lớn làm phá huỷ quá trình cơ học của máy. + Để đảm bảo an toàn cho máy, thờng chọn: I kđbđ = I nm I cp = 2,5I đm (2- 18) + Muốn thế, ngời ta thờng đa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng ngay khi bắt đầu khởi động, và sau đó thì loại dần chúng ra để đa tốc độ động cơ lên xác lập. I kđbđ = I nm = RR U fổổ õm + = (2ữ2,5)I đm I cp ; (2-19) * Xây dựng các đặc tính cơ - điện khi khởi động ĐM đl : - Từ các thông số định mức (P đm ; U đm ; I đm ; n đm , đm ; ) và thông số tải (I c ; M c ; P c ; ), số cấp khởi động m, ta vẽ đặc tính cơ tự nhiên. - Xác định dòng điện khởi động lớn nhất: I max = I 1 = (2 ữ 2,5)I đm - Xác định dòng điện khởi động nhỏ nhất: I min = I 2 = (1,1 ữ 1,3)I c - Từ điểm a(I 1 ) kẽ đờng a 0 nó sẽ cắt I 2 = const tại b; từ b kẽ đờng song song với trục hoành nó cắt I 1 = const tại c; nối c 0 nó sẽ cắt I 2 = const tại d; từ d kẽ đờng song song với trục hoành thì nó cắt I 1 = const tại e; Cứ nh vậy cho đến khi nó gặp đờng đặc tính cơ tự nhiên tại điểm giao nhau của đặc tính cơ TN và I 1 = const, ta sẽ có đặc tính khởi động abcde XL. Trang 28 Nếu điểm cuối cùng gặp đặc tính TN mà không trùng với giao điểm của đặc tính cơ TN và I 1 = const thì ta phải chọn lại I 1 hoặc I 2 rồi tiến hành lại từ đầu. 2.2.4.2. Tính điện trở khởi động: a) Phơng pháp đồ thị: Dựa vào biểu thức của độ sụt tốc độ trên các đặc tính cơ ứng với một giá trị dòng điện (ví dụ I 1 ) ta có: 1 fổổ NT1 ổ TN I K RR ;I K R + = = ; (2-20) Rút ra: ;RR ổ TN TNiNT fiổ = (2-21) Qua đồ thị ta có: ;R he ae R he heha R ổổ1fổ = = Tơng tự nh vậy: Trang 29 H ình 2-3: a) Sơ đồ nối dây Đm đl khởi động 2 cấp, m = 2 b) Các đặc tính khởi động Đm đl , m = 2. Ckt R ktf I kt I e K 2 K 1 R f2 R f1 U + - 0 a) 1 2 0 I c I 2 I 1 I TN XL h e d 2 c b 1 a b) Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động ;R he ce R he hehc R ổổ2fổ = = Điện trở tổng ứng với mỗi đặc tính cơ: R 1 = R + R f (1) = R + (R f 1 + R f 2 ) R 2 = R + R f (2) = R + (R f 2 ) b) Phơng pháp giải tích: Giả thiết động cơ đợc khởi động với m cấp điện trở phụ. Đặc tính khởi động đầu tiên và dốc nhất là đờng 1 (hình 2-3b), sau đó đến cấp 2, cấp 3, cấp m, cuối cùng là đặc tính cơ tự nhiên:: Điện trở tổng ứng với mỗi đặc tính cơ: R 1 = R + R f (1) = R + (R f 1 + R f 2 + + R f m ) R 2 = R + R f (2) = R + (R f 1 + R f 2 + + R f m-1 ) R m-1 = R + (R f m-1 + R f m ) R m = R + (R f m ) Tại điểm b trên hình 2-3b ta có: R EU I 1 1õm 2 = (2-22) Tại điểm c trên hình 2-3b ta có: I UE R m 1 1 2 = - đ (2-23) Trong quá trình khởi động, ta lấy: = 2 1 I I = const (2-24) Trang 30 Vậy: R R R R R R R R I I ổ m m 1m 3 2 2 1 2 1 ====== (2-25) Rút ra: (2-26) RRR RRR RRR RR ổ m 21 ổ 1m 32 ổ 2 m1m ổm == == == = + Nếu cho trớc số cấp điện trở khởi động m và R 1 , R thì ta tính đợc bội số dòng điện khi khởi động: I.R U I.R U R R 1m 2ổ õm m 1ổ õm m ổ 1 + === (2-27) Trong đó: R 1 = U đm /I 1 ; rồi thay tiếp I 1 = I 2 . + Nếu biết , R 1 , R ta xác định đợc số cấp điện trở khởi động: lg )R / Rlg( m ổ1 = (2-28) * Trị số các cấp khởi động đợc tính nh sau: (2-29) R).1(RRR R).1(RRR R).1(RRR R).1(RRR ổ 1m 211fổ ổ 2m 322fổ ổm1m1fmổ ổổmfmổ == == == == Trang 31 Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động * Ví dụ 2-2: Cho động cơ kích từ song song có các số liệu sau: P đm = 25KW; U đm = 220V; n đm = 420vg/ph; I đm = 120A; R * = 0,08. Khởi động hai cấp điện trở phụ với tần suất 1lần/1ca, làm việc ba ca, mômen cản quy đổi về trục động cơ (cả trong thời gian khởi động) M c 410Nm. Hảy xác định các cấp điện trở phụ. * Giải: Trớc hết ta xác định các số liệu cần thiết của động cơ: Điện trở định mức: R đm = U đm /I đm = 220V/120A = 1,83. Điện trở phần ứng: R = R * .R đm = 0,08.1,83 = 0,146. Tốc độ góc định mức: đm = n đm / 9,55 = 420/ 9,55 = 44 rad/s. Từ thông của động cơ và hệ số kết cấu của nó: Wb 6,4 44 120.146,0220 I.RU K õm õmổõm õm = = = Dòng điện phụ tải: I c = M c /K đm = 410/4,6 = 89A 0,74I đm . Với tần suất khởi động ít, dòng điện và mômen phụ tải nhỏ hơn định mức, nên ta coi trờng hợp này thuộc loại khởi động bình thờng với số cấp khởi động cho trớc m = 2, dùng biểu thức (2-27), chọn trớc giá trị I 2 : I 2 = 1,1.I c = 1,1.89A = 98 A Ta tính đợc bội số dòng điện khởi động: 5,2 98.146,0 220 I.R U 12 1m 2ổ õm == + + Kiểm nghiệm lại giá trị dòng điện I 1 : I 1 = .I 2 = 2,5.98A = 245A 2I đm Trang 32 Giá trị dòng khởi động thấp hơn giá trị cho phép, nghĩa là số liệu đã tính là hợp lý. Theo (2-26) ta xác định đợc các cấp điện trở tổng với hai đờng đặc tính nhân tạo: R 1 = R = 2,5.0,146 = 0,365 R 2 = R 1 = 2,5.0,365 = 0,912 Và các điện trở phụ của các cấp sẽ là: R f1 = R 1 - R = 0,365 - 0,146 = 0,219 R f2 = R 2 - R f1 - R = 0,912 - 0,219 - 0,146 = 0,547 Trang 33 H ình 2-4: a) Sơ đồ nối dây Đm đl khởi động 2 cấp, m = 2 b) Các đặc tính khởi động Đm đl , m = 2: Đờng 1 có: R 1 = R + R f1 + R f2 Đờng 2 có: R 2 = R + R f2 Đờng TN có: R 3 = R Ckt R ktf I kt I e K 2 K 1 R f2 R f1 U + - 0 a) 1 2 0 I c I 2 I 1 I TN XL h e d 2 c b 1 a b) Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.2.5. Các đặc tính cơ khi hãm ĐM đl : Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngợc chiều với tốc độ, hay còn gọi là chế độ máy phát. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: 2.2.5.1. Hãm tái sinh: Hãm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tởng ( > 0 ). Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn: E > U , động cơ làm việc nh một máy phát song song với lới và trả năng lợng về nguồn, lúc này thì dòng hãm và mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ. Khi hãm tái sinh: 0IKM 0 R KK R EU I hh 0 ổổ h <= < = = (2-30) * Một số trạng thái hãm tái sinh: + Hãm tái sinh khi > 0 : lúc này máy sản xuất nh là nguồn động lực quay rôto động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng lợng trả về nguồn. Trang 34 Vì E > U , do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với trạng thái động cơ : 0 R EU II ổ ổ hổ < == ; M h = K.I h < 0 ; Mômen động cơ đổi chiều (M < 0) và trở nên ngợc chiều với tốc độ, trở thành mômen hãm (M h ). + Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (U 2 < U 1 ), lúc này M c là dạng mômen thế năng (M c = M tn ). Khi giảm điện áp nguồn đột ngột, nghĩa là tốc độ 0 giảm đột ngột trong khi tốc độ cha kịp giảm, do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tởng ( > 02 ). Về mặt năng lợng, do động năng tích luỹ ở tốc độ cao lớn sẽ tuôn vào trục động cơ làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng lợng trả lại nguồn (hay còn gọi là hãm tái sinh), hình 2-5b. U 1 I E 1 01 + Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng (+U - U ): lúc này M c là dạng mômen thế năng (M c = M tn ). Khi đảo chiều điện áp phần ứng, nghĩa là đảo chiều tốc độ + 0 - 0 , động cơ sẽ dần chuyển sang đờng đặc tính có -U , và sẽ làm việc tại điểm B ( B >- 0 ). Về mặt năng lợng, do thế năng tích luỹ ở trên cao lớn sẽ tuôn vào động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng lợng trả lại nguồn, hình 2-5c. Trang 35 I h A 02 U 2 HTS E 2 M hbđ B 0 M c M I h < 0 ôđ H ình 2- 5b: Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng động cơ (U 2 < U 1 ). U I > 0 0 U E E Hãm tái sinh (HTS), Trạng thái máy phát M h M H ình 2- 5a: Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ. Trạng thái động cơ M M h 0 Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trong thực tế, cơ cấu nâng hạ của cầu trục, thang máy, thì khi nâng tải, động cơ truyền động thờng làm việc ở chế độ động cơ (điểm A hình 2-5c), và khi hạ tải thì động cơ làm việc ở chế độ máy phát (điểm B hình 2-5c). 2.2.5.2. Hãm ngợc: Hãm ngợc là khi mômen hãm của động cơ ngợc chiều với tốc độ quay (M). Hãm ngợc có hai trờng hợp: a) Đa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng: Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đa thêm R f lớn vào mạch phần ứng thì động cơ sẽ chuyển sang điểm B, D và làm việc ổn định ở điểm E ( ôđ = E và ôđ A ) trên đặc tính cơ có thêm R f lớn, và đoạn DE là đoạn hãm ngợc, động cơ làm việc nh một máy phát nối tiếp với lới điện, lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu nên: Trang 36 I UE RR UK RR MKI h ff (2-31) hh = + + = + + = Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản (M B < M c ) nên tốc độ động cơ giảm dần. Khi = 0, động cơ ở chế độ ngắn mạch (điểm D trên đặc tính có R f ) nhng mômen của nó vẫn nhỏ hơn mômen cản: M nm < M c ; Do đó mômen cản của tải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ngợc và tải trọng sẽ hạ xuống, ( < 0, đoạn DE trên hình 2-6a). Tại điểm E, động cơ quay theo chiều hạ tải trọng, trờng hợp này sự chuyển động cử hệ đợc thực hiện nhờ thế năng của tải. b) Hãm ngợc bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng: Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng (vì dòng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào để hạn chế) thì: Trang 37 bđ 0 I h -U -E I U E M c M HTS - 0 B A ôđ H ình 2- 5c: Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng động cơ (+U -U ). E U I 0 H ình 2-6a: a) Sơ đồ hãm ngợc bằng cách thêm R f . b) Đặc tính cơ khi hãm ngợc bằng thêm R f . M nm M c M HN E A ôđ B D b) I h U E R ktf U + - Ckt I kt I e R f a) (+R f ) M (Nâng) M c (Hạ) M h M c Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Động cơ sẽ chuyển sang điểm B, C và sẽ làm việc xác lập ở D nếu phụ tải ma sát. Đoạn BC là đoạn hãm ngợc, lúc này dòng hãm và mômen hãm của động cơ: <= + + = + = 0IKM 0< RR KU RR EU I hh fổổ ổ fổổ ổổ h (2-32) Phơng trình đặc tính cơ: M )K( R+R K U 2 ổfổổ = (2-33) 2.2.5.3. Hãm động năng: (cho U = 0) a) Hãm động năng kích từ độc lập: Động cơ đang làm việc với lới điện (điểm A), thực hiện cắt phần ứng động cơ ra khỏi lới điện và đóng vào một điện trở hãm R h , do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việc nh một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm và điện trở phần ứng. Trang 38 Phơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng: M )K( R+R 2 hổ = (2-34) Tại thời điểm hãm ban đầu, tốc độ hãm ban đầu là hđ nên sức điện động ban đầu, dòng hãm ban đầu và mômen hãm ban đầu: 0IKM 0< RR K RR E I KE hdhd hổ hd hổ hd hd hdhd <= + = + = = (2-35) Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng ta thấy rằng nếu mômen cản là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẵn (các đoạn B 1 0 hoặc B 2 0), còn nếu mômen cản là thế năng thì dới tác dụng của tải sẽ kéo động cơ quay theo chiều ngợc lại ( ôđ1 hoặc ôđ2 ). Trang 39 H ình 2-7a: a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập. b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập. bđ 0 I U E M c M HĐN A ôđ2 B 1 b) ôđ1 B 2 R h1 R h2 0 C 2 C 1 a) U + - I kt R ktf Ckt I e R h M bđ2 M bđ1 bđ 0 U I E M c M HN D A ôđ B C b) M c I E h -U - R ktf U + - Ckt I kt I e R f a) H ình 2-6b: a) Sơ đồ hãm ngợc bằng cách đảo chiều U . b) Đặc tính cơ khi hãm ngợc bằng cách đảo U . [...]... Mc thì (2-36) - U Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.2.6 Các đặc tính cơ khi đảo chiều ĐMđl: Động cơ đang làm việc với l ới điện (điểm A), thực hiện cắt cả phần ứng và kích từ của động cơ ra khỏi l ới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh, do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việc nh một máy phát tự kích biến cơ năng thành nhiệt năng trên các điện trở + Ths Kh... Sức điện động của động cơ tr ớc khi hãm sẽ là: Ebđ = EA = Uđm - I R Ebđ = 220 - 35.0,26 = 210,9V Từ hình 2-9b ta thấy, mômen (và dòng điện) hãm lớn nhất sẽ có đ ợc tại thời điểm ban đầu của quá trình hãm, ngay khi chuyển đổi mạch điện từ chế độ động cơ trên đặc tính cơ tự nhiên sang mạch điện làm việc ở chế độ hãm động năng kích từ độc lập (điểm B): Ih.max = Ih.bđ Hoặc + Giáo Trình: Truyền động điện Tự. ..Ths Kh ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động b) Hãm động năng tự kích từ : Ph ơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ: R ổ + R kt R h M (K ) 2 U B2 Ckt I B1 HĐN Ikt 0 I A Rh2 0 E Mc M C2 ôđ1 + đm - R (K = A đm đm = )2 (2-37) M Thuận R ổ R ổf M [K (I ổ )]2 (2-38) M - U C1 0 Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng tự kích từ ta thấy rằng trong quá trình hãm, tốc độ giảm dần... cách đảo U Động cơ quay ng ợc chiều t ơng ứng với điểm A trên đặc tính cơ tự nhiên bên ng ợc, hoặc trên đặc tính cơ nhân tạo Trang 41 Ths Kh ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Kh ơng Công Minh Điểm làm việc tr ớc khi hãm là điểm định mức A, có: * Ví dụ 2-3: Động cơ làm việc dài hạn, công suất định mức là 6,6KW; điện áp định mức: 220V; tốc độ định mức: 2200vòng/phút; điện trở mạch... từ thông của động cơ cũng giảm dần và là hàm của tốc độ, vì vậy các đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ giống nh đặc tính không tải của máy phát tự kích từ So với ph ơng pháp hãm ng ợc, hãm động năng có hiệu quả hơn khi có cùng tốc độ hãm ban đầu, nhất là tốn ít năng l ợng hơn (ĐCth) M c Ikt I A ôđ Rktf Ckt Hình 2-7b: a) Sơ đồ hãm động năng tự kích từ b) Đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ... + Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Mh.max = Mh.bđ Vì = đm nên mômen động cơ tỉ lệ thuận với dòng điện động cơ khi hãm, do đó để đảm bảo điều kiện Mh.max = 2Mđm thì: Ih.bđ = 2Iđm = 2.35 = 70A Điện trở tổng trong mạch phần ứng động cơ đ ợc xác định theo (2-34): Rổ K Iổ K A I h bõ Rổ 210,9 70 EA I h bõ 3,01 Vậy điện trở hãm phải đấu vào phần ứng động cơ khi hãm động năng kích từ độc lập sẽ là: Rh... a) U K Muốn đảo chiều động cơ, ta có thể đảo chiều điện áp phần ứng hoặc đảo chiều từ thông kích từ động cơ Th ờng đảo chiều động cơ bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng Khi đảo chiều điện áp phần thì không đảo dấu, đặc tính cơ khi quay ứng thì 0 đảo dấu, còn ng ợc chiều: hbđ ôđ2 Rh = Rh1 Mhđ1 Mhđ2 e Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận trên đặc tính cơ tự nhiên thuận với tải... điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26 ; Tr ớc khi hãm động cơ làm ở điểm định mức A(M = Mđm , = đm); Hãy xác định trị số điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng động cơ để hãm động năng kích từ độc lập với yêu cầu mômen hãm lớn nhất Mh.max = 2Mđm Sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập nh trong hình 2-9a * Giải: Sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập hình 2-9a khi đó đảm bảo từ thông động. .. từ thông động cơ trong quá trình hãm là không đổi: = đm I = Iđm = 35A, t ơng ứng mômen định mức Mđm; A = Ckt B Rktf HĐN KTĐL Ikt I U - U bđ Rh 0 ôđ a) A E Rh Mh.max e 0 I Mc M C b) Hình 2-9: a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập Đặc tính cơ của động cơ tr ớc khi hãm là đặc tính cơ tự nhiên, và khi chuyển sang đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập . độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tởng ( > 0 ). Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn: E > U , động cơ làm việc nh một máy phát song song với. sinh khi > 0 : lúc này máy sản xuất nh là nguồn động lực quay rôto động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng lợng trả về nguồn. Trang 34 Vì E > U ,. độ cha kịp giảm, do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tởng ( > 02 ). Về mặt năng lợng, do động năng tích luỹ ở tốc độ cao lớn sẽ tuôn vào trục động cơ làm