ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Xét phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng động cơ điện một chiều: U = E + R ư .I ( I – 1 ) Trong đó: U – điện áp phần ứng động cơ (V); E – sức điện động phần ứng động cơ (V); R ư – điện trở của mạch phần ứng (Ω ). Sức điện động của mạch phần ứng động cơ được xác định như sau: p.N E = .φ.ω = K.φ.ω ( I – 2 ) 2π.a Trong đó: p.N K = là hệ số phụ thuộc vào kết cấu của động cơ; 2π.a a - số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng; p – là số đôi cực từ chính; N – tổng số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng; φ - từ thông kích từ; ω - tốc độ góc ( rad/s ). 2π.n n ω = = 60 9,55 U R ö Từ ( I – 1 ) và ( I – 2 ) suy ra : =ω − .I ö ( I – 3 ) K.φ K.φ Phương trình ( I – 3 ) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ. Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp Mặt khác mômen điện từ của động cơ được xác định theo công thức : p.N M ñt = .φ.I ö = K.φ.I ö ( I – 4) 2π.a Từ phương trình ( I –3 ) và ( I – 4) ta được : U R ö =ω − .M ñt (I – 5) K.φ (K.φ) 2 Nếu bỏ qua các tổn thất ma sát trong các ổ trục, tổn thất trong thép, tổn thất trong dây quấn động cơ thì ta có : M cơ = M đt Để đơn giản ta kí hiệu : M cơ = M đt = M , lúc đó ta có : U R ö =ω − .M ( I - 6) K. φ (K.φ) 2 Phương trình ( I-6) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều. Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ, ta nhận thấy tốc độ phụ thuộc vào 3 thông số là : R, φ, U. Do vậy có 3 phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều như sau : - Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng của động cơ. - Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông φ. - Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng. I. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng. Giả thiết U = U đm = const. Muốn thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng, bằng cách mắc thêm một điện trở phụ R f vào mạch phần ứng và thay đổi giá trị điện trở R f thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo. Vậy phương trình đặc tính cơ lúc này sẽ là : U R ö + R f =ω − .M Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp K. φ ñm (K. φ ñm )2 Ta thấy rằng khi thay đổi giá trị điện trở R f thì tốc độ sẽ thay đổi theo. - Xét đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi mắc R f vào mạch điện phần ứng như sau : ω o ω 1 = ω đ m ω 2 ω 3 ( 1 ) R ư = R TN (2) R > 0 Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp U R ö Ta có : =ω − 2 M =ω o −Δω K. φ (K.φ) Trong đó : ω o – là tốc độ không tải, ω o = const; Δω - là độ sụt tốc độ. - Theo đường đặc tính ta có : R ö Δω 1 = 2 M (K. φ ñm ) R ö + Rf1 Δω 2 = 2 M (K. φ ñm ) R ö + Rf 2 Δω 3 = 2 M (K. φ ñm ) Ta giả thiết U, φ, I ư , là những hằng số. Do vậy nên mômen M cũng là hằng số. Mặt khác, vì R ư < R f1 < R f2 nên ta có : ∆ω 1 <∆ω 2 <∆ω 3 - Độ cứng của đặc tính cơ : dM ΔM (K. φ ñm ) 2 Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên : β TN = ≈ = d ω Δω R ö (K. φ ñm )2 Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp β 1 =β TN = R ö (K.φñm )2 β 2 = Rö + Rf1 (K.φñm )2 β 3 = Rö + Rf2 Vậy β 1 >β 2 >β 3 .  Nhận xét : - Nếu ở cùng một giá trị mômen cản M C thì độ sụt tốc độ sẽ càng lớn nếu điện trở của mạch phần ứng càng lớn và làm cho tốc độ động cơ bị suy giảm, đồng thời làm cho độ cứng của đặc tính cơ càng giảm, tức là đặc tính cơ càng dốc. Dựa vào đặc tính cơ ta thấy, tốc độ làm việc ω 2 , ω 3 ở các đường đặc tính điều chỉnh (2) và (3) nhỏ hơn tốc độ ω đm trên đường đặc tính tự nhiên. Vậy tốc độ truyền động chỉ được điều chỉnh về phía dưới, tức là tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ định mức. - Hiệu suất của phương pháp này thấp. Pcô Ta có : =η Pñieän Mặt khác ta có : P cô1 = M cñm .ω ñm Pcô2 = Mcñm.ω2 Pcô3 = Mcñm .ω3 Theo giả thiết ở trên, ta có U, I ư , φ, M c là những hằng số và là những đại lượng định mức. Nên ta có: Pñieän1 = Pñieän2 = Pñieän3 = U ñm .I ñm = const Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp Suy ra η 1 >η 2 >η 3 , vậy khi điều chỉnh tốc độ theo phương pháp này sẽ không kinh tế, do có tổn hao trên các điện trở phụ nên làm cho hiệu suất của thiết bị giảm. Vì vậy nên phương pháp này trong thực tế ít sử dụng. II. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông của cuộn dây kích từ. Giả thiết U = U đm = const và R ư = const. Muốn thay đổi từ thông thì ta phải thay đổi dòng điện kích từ I kt . Ta có phương trình đặc tính cơ như sau: U R ö =ω − 2 M =ω o −Δω K. φ (K.φ) Trong đó : ω o – là tốc độ không tải, ω o = var ; Δω - là độ sụt tốc độ, Δω = var. - Ta có đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi từ thông mạch kích từ như sau: ω ω 02 ω 01 Đường (1) là đường ứng với khi φ 1 = φ đm ; (2) ω 02 ω 01 ω đ m ω Đường (2) là đường ứng với khi φ 2 < φ 1 = φ đm . Theo đường đặc tính cơ ta có : Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp U ñm U ñm ω0TN =ω01 = = K. φ ñm K.φ 1 U ñm ω 02 = K.φ 2 - Độ cứng của đăc tính cơ: dM ΔM (K.φ) 2 =β ≈ = = var d ω Δω R ö Do cấu trúc của máy điện nhất định nên cuộn dây kích từ chỉ chịu được dòng kích từ định mức, do vậy thực tế chỉ sử dụng phương pháp điều chỉnh giảm từ thông ( φ <φ đm ). Khi ta cho giảm từ thông thì lúc đó tốc độ không tải sẽ tăng lên.  Nhận xét: - Đặc tính điều chỉnh theo từ thông φ có độ cứng càng giảm xuống nếu như ta càng giảm từ thông, tức là đặc tính cơ càng dốc. Nghĩa là tốc độ thì sẽ tăng vọt còn mômen thì giảm nhanh, làm cho hệ số quá tải giảm. Vì vậy làm cho động cơ làm việc kém ổn định. - Việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp giảm từ thông không phù hợp với những tải có mômen cản là hằng số ( M C = const ). Vì M C = K M . φ.I = const . Do vậy khi φ giảm thì làm cho I tăng lên gây phát nóng động cơ. - Giải điều chỉnh của phương pháp này cũng bị hạn chế bởi tốc độ cao nhất của động cơ, khi tốc độ cao quá thì có thể làm hỏng phần quay của động cơ do lực li tâm lớn. III. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng. Giả thiết φ = φ đm = const, khi ta thay đổi giá trị điện áp phần ứng thì ta có tốc độ không tải lí tưởng cũng thay đổi theo. Do cấu trúc cuộn dây phần ứng Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp chỉ chịu được điện áp U đm nên thực tế chỉ sử dụng phương pháp điều chỉnh giảm điện áp phần ứng. Tốc độ không tải và độ sụt tốc : var . K U i oi = φ = ω ñm ; const M ) . K ( R 2 = φ = ω Δ ñm ö . - Đặ c tính c ơ : Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp - Độ c ứ ng đặ c tính c ơ : const R ) . K ( 2 = φ = β ö ñm U đ m U 1 U 2 U 3 ω ω o ω o1 ω o2 Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp ω o3 M Khi giảm điện áp phần ứng động cơ thì ta được một họ đặc tính cơ song song và nằm về phía dưới đặc tính cơ tự nhiên. Và khi giảm điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ giảm xuống tương ứng với một phụ tải nhất định.  Nhận xét: - Các đặc tính cơ nhân tạo có độ dốc không đổi ( tức là β = const ), nên tốc độ điều chỉnh được ổn định tương đối. - Phương pháp này có thể điều chỉnh được vô cấp tốc độ. - Dải điều chỉnh tốc độ của phương pháp này rất lớn. - Phương pháp này có thể tự động hóa mạch điều khiển và mạch động lực và có thể làm việc ở cả 4 góc phần tư của đồ thị đặc tính cơ. - Hiệu suất của phương pháp này tương đối cao và giống nhau ở các đường đặc tính do không có tổn hao trên điện trở. IV. Kết luận chọn phương pháp điều khiển : Trong ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ nói trên thì ta nhận thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp giảm điện áp phần ứng là hiệu quả hơn cả vì những ưu điểm nói trên. Vậy ta chọn phương pháp giảm điện áp phần ứng động cơ để điều chỉnh tốc độ động cơ. V. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. 1. Nguyên lý điều chỉnh: [...]... nghiệp Để điều chỉnh điện áp phần ứng ta dùng một bộ biến đổi điều chỉnh được điện áp đầu vào cấp cho mạch phần ứng động cơ ∅∅ ∅ ∅ KT BB Đ ~ ∅ Bộ biến đổi BBĐ dùng để biến đổi điện xoay chiều của lưới thành điện một chiều và điều chỉnh điện áp ra của nó theo yêu cầu Hiện nay thường dùng ba loại bộ biến đổi sau đây : - Bộ biến đổi máy phát điện một chiều - Bộ biến đổi xung áp một chiều - Bộ chỉnh lưu... → máy phát → động cơ → tải + Góc phần tư (II) và (IV), tốc độ quay ω và mômen quay M của động cơ quay ngược chiều nhau Đây được gọi là chế độ hãm tái sinh của động cơ, nói lên rằng năng lượng được vận chuyển theo chiều từ tải → động cơ → máy phát → nguồn, lúc này máy phát và động cơ đổi chức năng cho nhau Hãm tái sinh trong hệ F – Đ được khai thác triệt để khi giảm tốc độ, hãm để đảo chiều quay và... tính từ hóa có trễ nên khó điều chỉnh tốc độ theo ý muốn 3 Hệ truyền động xung áp – động cơ ( XA – ĐC ) Bộ biến đổi xung áp là một nguồn điện áp dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều - Sơ đồ nguyên lí và giản đồ xung áp : + ∅ V o Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp ∅ KT Đ C • K ∅ ∅ Đ C U T CK t 2 t 1 t U d Để cải thiện dạng sóng của dòng điện phần ứng, ta thêm vào mạch một van đệm V0 Có thể sử... dụng bộ biến đổi, ta có các hệ truyền động như sau : - Hệ truyền động máy phát – động cơ ( hệ F – Đ ) - Hệ truyền động xung áp – động cơ điện một chiều ( hệ XA – Đ ) - Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor – động cơ ( hệ T – Đ ) Từ sơ đồ nguyên lí nói trên, ta có sơ đồ khối như sau : Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp I R b đ R ư U b đ E Ta có phương trình cân bằng điện áp như sau : E = Ubđ – ( Rbđ + Rư... qua van bất kì sẽ bằng 0 trước khi van kế tiếp mở Do vậy trong một khoảng dẫn của van thì sức điện động của chỉnh lưu bằng sức điện động nguồn : ed = U1 , với 0 ≤ θ ≤ λ , trong đó λ là khoảng dẫn Khi dòng điện bằng 0 thì sức điện động của chỉnh lưu bằng sức điện động của động cơ : 2π ed = E , với λ < θ ≤ n Vậy ta có điện áp trung bình của chỉnh lưu là : 2π nλ 2π nλ n n Ud = 2π.∫u 2.dθ+ ∫E.dθ= 2π.∫U2m.sinθ.dθ+... do đó dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây nên tổn thất phụ trong máy điện một chiều 5 Kết luận : Trong các hệ truyền động điện dùng phương pháp giảm điện áp phần ứng để điều chỉnh tốc độ nói trên, ta nhận thấy hệ truyền động CL – ĐC là có nhiều ưu điểm hơn cả Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TĨNH CÓ ĐIỀU KHIỂN So với chỉnh lưu không điều khiển... Trong đó : Ubñ ωo = là tốc độ không tải lí tưởng; K.φ E = K.φñm ω là sức điện động dây quấn phần ứng động cơ Ubđ = Ka.Uđk với : Ka- hệ số khuếch đại của bộ nguồn Uđk – điện áp điều khiển Vậy : Ka.Uñk ωo = = f(Uñk ) Đồ án tốt nghiệp Đồ K.φñm 2 Hệ truyền động máy phát – động cơ ( MF – ĐC ) - Sơ đồ nguyên lí : Gi ả thi ế tt ố c độ c ủ a máy phát MF là ω F = const, s ứ c đ i ệ n độ ng c ủ a máy ∅ án tốt... Ku.Uktf Mà điện áp của bộ biến đổi U bđ chính là Ef nên ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ như sau : Ku.Uktf (R öñ + R öf ) − M K ñ Φ ñ (K ñ Φ ñ )2 ω= - Tốc độ không tải lí tưởng của động cơ : Ku.Uktf ωo = = f(Uktf ) (1) Kñ.Φñ - Độ cứng của đặc tính cơ : (K ñ Φ ñ )2 βF−D = = const (2) R öf + R öñ Từ (1) và (2) chứng tỏ rằng khi thay đổi dòng kích từ từ máy phát thì tốc độ không tải của động cơ sẽ... thể coi bộ biến đổi xung đẳng trị với nguồn liên tục có điện áp ra Ud và Ud có thể thay thay đổi được bằng cách thay đổi độ rộng xung γ Mặt khác, thời gian một chu kì đóng cắt của khóa K rất nhỏ so với hằng số thời gian cơ học của hệ truyền động, nên ta coi tốc độ và sức điện động phần ứng động cơ không thay đổi trong thời gian TCK - Đặc tính điều chỉnh của hệ XA - ĐC : R ö + R bñ (1) K.Φ ñm K.Φ ñm γ.U... vốn đầu tư ít Hệ đơn giản chắc chắn + Độ cứng của đặc tính cơ lớn + Điện áp dạng xung nên gây ra tổn thất phụ khá lớn trong động cơ Khi làm việc ở trạng thái dòng điện giáng đoạn thì đặc tính làm việc kém ổn định và tổn thất năng lượng nhiều 4 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ ( CL – ĐC ) - Sơ đồ nguyên lí : H ệ truy ề n độ ng ch ỉ nh l ư u có đ i ề u khi ể n– độ ng c ơ ( CL – Đ C ) có b ộ + Đồ án . sau : - Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng của động cơ. - Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông φ. - Điều khiển tốc độ động cơ bằng. VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Xét phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng động cơ điện một chiều: U = E + R ư .I ( I – 1 ) Trong đó: U – điện áp phần ứng động cơ. trễ nên khó điều chỉnh tốc độ theo ý muốn. 3. Hệ truyền động xung áp – động cơ ( XA – ĐC ). Bộ biến đổi xung áp là một nguồn điện áp dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. - Sơ