chương 2 đặc tính cơ và các trạng thái làm việc của động cơ điện

Chơng đặc tính trạng thái làm việc động điện 2.1 C u t o nguyên lý ho t ñ ng c a ñ ng n m t chi u Nh− chóng ta đà biết vật lý, đặt vào từ trờng dây dẫn cho dòng điện chạy qua dây dẫn từ trờng tác dụng từ lực vào dòng điện (chính vào dây dẫn) làm dây dẫn chuyển động Chiều từ lực xác định theo quy tắc bàn tay trái Động điện nói chung động điện chiều nói riêng hoạt động theo nguyên tắc a) c) b) d) Hình 2.1 - Ngun lý ho t đ ng c a ñ ng ñi n m t chi u Trên hình 2.1 sơ đ ngun lý ho t ñ ng c a ñ ng ñi n m t chi u Nó g m m t khung dây abcd hai ñ u n i v i phi n góp, đ t t trư ng c a nam châm vĩnh c u N-S, hai ch i ñi n A B ñ t c ñ nh tỳ sát lên phi n góp T i th i m hình c), v trí d n ab n m n a c a tr c quay, dịng n t m ch qua ch i than ch y d n ab có chi u t a đ n b l c ñi n t Fñt xác ñ nh theo quy t c bàn tay trái hư ng vuông góc v i ab hình v V trí d n cd n m n a dư i c a tr c quay, dịng n d n cd hư ng t c ñ n d l c n t Fđt hình v C p l c ñi n t hai d n ab cd t o thành ng u l c, t o mômen làm khung dây quay Khi khung dây quay đư c ½ vịng, t i th i m hình d), lúc v trí c a d n cd n m n a c a tr c quay, nh có c góp ch i than u c a dịng n qua d n cd ñ o chi u ch y t d ñ n c, l c ñi n t Fñt tác d ng lên d n cd ñ o chi u so v i n a chu kỳ trư c Tương t , v trí c a d n ab lúc n m n a dư i c a tr c quay, dịng n ch y GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n t b ñ n a ñi n t Fñt tác d ng lên d n ab ñ o chi u C p l c Fñt t o mômen làm khung dây v n ti p t c quay theo chi u cũ Như v y, nh có ch i than c góp n nên v trí c a khung dây thay đ i chi u dịng n d n thay đ i đ chi u c a mơmen ñi n t tác d ng lên khung dây không ñ i, ñ m b o cho khung dây v n quay theo m t chi u xác ñ nh Ta xét c u t o c a ñ ng n m t chi u hình v φkt 1- C góp n 2- Ch i than 3- Rotor 4- C c t 5- Cu n dây kích t 6- Stato N F 7- Cu n dây ph n ng F S Hình 2.2 - C u t o c a ñ ng ñi n m t chi u C u t o c a ñ ng ñi n m t chi u g m ph n chính: Ph n m ch kích t (t o t trư ng) ph n quay (rơto) T trư ng đư c t o nh cu n dây có dịng n m t chi u ch y qua Các cu n g i cu n dây kích t đư c qu n quanh c c t Trư ng h p hình v , stato c a đ ng có đ t cu n dây kích t nên stato cịn g i ph n kích t (hay ph n c m) T trư ng ph n kích t t o s tác d ng m t t l c vào dây d n ñ t rãnh c a Rơto có dịng n ch y qua Cu n dây ñ t rãnh c a Rôto g i cu n dây ph n ng Dịng n đưa vào cu n dây ph n ng qua ch i than c góp Rơto mang cu n dây ph n ng nên g i ph n ng Căn c theo cách kích t cho đ ng n m t chi u, ngư i ta phân lo i ñ ng ñi n m t chi u làm lo i: + ð ng ñi n m t chi u kích t đ c l p + ð ng ñi n m t chi u kích t song song + ð ng n m t chi u kích t n i ti p + ð ng ñi n m t chi u kích t h n h p GV: Lê Ti n Dng B mụn TH_Khoa i n 2.2 Động ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lËp vµ kÝch tõ song song 2.2.1 Phơng trình đặc tính ch ủ xỏc l p Động điện chiều kích từ ®éc lËp: Cn kÝch tõ ®−ỵc cÊp ®iƯn tõ ngn chiều độc lập với nguồn điện cấp cho rôto Hình 2.3 - Sơ đ ngun lý đ ng ñi n m t chi u kích t ñ c l p Hình 2.4 - Sơ đ ngun lý đ ng n m t chi u kích t song song Nếu cuộn kích từ cuộn dây phần ứng đợc cấp điện nguồn điện động loại kích từ song song Trờng hợp nguồn điện có công suất lớn so với công suất động tính chất động tơng tự nh động kích từ độc lập Khi động làm việc, rôto mang cuộn dây phần ứng quay từ trờng cuộn cảm nên cuộn ứng xuất sức điện động cảm ứng có chiều ngợc với điện áp đặt vào phần ứng động Theo sơ đồ nguyên lý hình 2.3 hình 2.4, viết phơng trình cân điện áp mạch phần ứng (rôto) nh sau: U = E− + (R− + Rp).I− (2.1) Trong ®ã: - U (V) điện áp phần ứng động - E (V) sức điện động phần ứng động - R ()là điện trở phần ứng c a ủ ng c - Rp () điện trở phụ n i thờm vo mạch phần ứng ủ ng c - I dòng điện phần ứng động R = r− + rct + rcb + rcp (2.2) r− - Điện trở cuộn dây phần ứng rct - Điện trở tiếp xúc chổi than phiến góp rcb - §iÖn trë cuén bï rcp - §iÖn trë cuén cùc từ phụ Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay rôto: E = p N φ ⋅ ω = Kφ ⋅ ω 2πa GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n (2.3) K= p N hệ số kết cấu động 2a - Từ thông qua cực từ p - Số đôi cực từ N - Số dÉn t¸c dơng cđa cn øng a - Sè đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng Hc ta cã thĨ viÕt: E− = Keφ.n (2.4) πn n = 60 9, 55 Vµ: ω= VËy: Ke = K/ 9,55 = 0,105K Nhê lùc tõ tr−êng t¸c dụng vào dây dẫn phần ứng có dòng điện, rôto quay dới tác dụng mômen điện từ: Mđt = K..I (2.5) Từ hệ phơng trình (2.1) (2.3) ta rút đợc phơng trình đặc tính điện biểu thị mối quan hệ = f(I) động điện chiều kích từ độc lËp nh− sau: ω= U − R− + R p I K K (2.6) Từ phơng trình (2.5) rút I thay vào phơng trình (2.6) ta đợc: = U u Ru + R p − M dt Kφ ( Kφ ) (2.7) NÕu bá qua c¸c tỉn thất tổn thất thép mômen trục động mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa là: Mcơ = Mđt = M Ta có phơng trình đặc tính biểu thị mối quan hệ = f(M) động điện chiều kÝch tõ ®éc lËp nh− sau: ω= U − R− + R p − M Kφ ( Kφ ) (2.8) Có thể biểu diễn đặc tính dới dạng khác: = - Trong đó: = (2.9) U gọi tốc độ không tải lý t−ëng Kφ ∆ω = R− + R p ( Kφ ) M gọi độ sụt tốc độ GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 10 Phơng trình đặc tính (2.8) có dạng hàm bậc y = B + Ax, nên đờng biểu diễn hệ tọa độ M0 đờng thẳng với độ dốc âm Đờng đặc tính cắt trục tung điểm có tung độ: = U Tốc độ đợc gọi tốc độ không tải lý tởng lực cản Đó K tốc độ lớn động mà th c t đạt đợc chế độ động không xảy trờng hỵp MC = ω ωο= U K.φ M Hình 2.5 - Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Khi phụ tải tăng dần từ MC = đến MC = Mđm tốc độ động giảm dần từ đến đm Điểm A(Mđm,đm) gọi điểm định mức Rõ ràng đờng đặc tính vẽ đợc từ điểm A Điểm cắt đặc tính với trục hoành 0M có tung độ = có hoành độ suy từ phơng trình (2.7): M = Mnm = Kφ®m U dm R− = Kφ®m.Inm (2.9) ω o đm A M M đm M nm Hình 2.6 - Đặc tính tự nhiên động điện chiều kích từ độc lập Mômen Mnm Inm gọi mômen ngắn mạch dòng điện ngắn mạch Đó giá trị mômen lớn dòng điện lớn động đợc cấp điện đầy đủ mà tốc độ Trờng hợp xảy bắt đầu mở máy động chạy mà bị dừng lại bị kẹt tải lớn kéo không đợc Dòng điện Inm nµy lín vµ th−êng b»ng: GV: Lê Ti n Dũng B mơn TðH_Khoa ði n 11 Inm = (10 ÷ 20)Iđm Nó gây cháy hỏng động tợng tồn kéo dài 2.2.2 ảnh hởng thông số điện đặc tính Phơng trình đặc tính (2.8) cho thấy, đờng đặc tính bậc = f(M) phụ thuộc vào hệ số phơng trình, có chứa thông số điện U, Rp Ta lần lợt xét ảnh hởng thông số Trờng hợp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Vì điện trở tổng mạch phần ứng: R = R + Rf nên điện trở mạch phần ứng thay đổi phía tăng Rf U = const ; Rf = var; = const Trờng hợp này, tốc độ không tải giữ nguyên: = U = const K Còn độ dốc đặc tính thay ®ỉi tû lƯ thn theo R−Σ - R − + R− f = var ( Kφ ) Nh− vËy, tăng điện trở Rf mạch phần ứng, ta đợc họ đờng đặc tính nhân tạo cïng ®i qua ®iĨm (0,ω0) ω ωo TN Ru R p1 R p2 R p3 R u + Rp1 R u + Rp2 M M c.®m R u + Rp3 Hình 2.7 - Họ đặc tính nhân tạo động điện chiều kích từ độc lập tăng điện trở phụ mạch phần ứng Trờng hợp thay đổi điện áp phần ứng Vì điện áp phần ứng vợt giá trị định mức nên ta thay đổi phía giảm U biến đổi; Rp = const; = const Trong phơng trình đặc tính cơ, ta thấy độ dốc đặc tính không thay đổi: - R + R p ( Kφ ) = const Tèc ®é không tải lý tởng thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp: GV: Lờ Ti n Dng B mụn TðH_Khoa ði n 12 ω0 = U− = var Kφ Nh thay đổi điện áp phần ứng ta đợc họ đờng đặc tính song song với đờng đặc tính tự nhiên thấp đờng đặc tính tự nhiên o TN U đm U1 U2 U3 M Hình 2.6 - Họ đặc tính nhân tạo động điện chiều kích từ độc lập giảm điện áp phần ứng Trờng hợp thay đổi từ th«ng kÝch tõ U− = const ; R−f = const; = var Để thay đổi từ thông , ta phải thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc mạch kích từ động Vì tăng điện trở mạch kích từ nhờ Rkt nên từ thông kích từ thay đổi phía giảm so với từ thông định mức Trờng hợp này, tốc độ không tải lý tởng độ dốc đặc tính thay đổi = - U− = var Kφ R − + R− f ( Kφ ) = var Khi ®iỊu chØnh giảm từ thông kích từ, tốc độ không tải lý tởng tăng, độ cứng đặc tính giảm mạnh Họ đặc tính nhân tạo thu đợc nh− h×nh 2.7 ω3 ω ω2 ω1 ωo φ3 φ2 đm TN M Hình 2.9 - Họ đặc tính nhân tạo động điện chiều kích từ độc lập giảm từ thông kích từ GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 13 2.2.3 Mở máy (khởi động) động điện chiều kích từ độc lập Nếu khởi động động ĐMđl phơng pháp đóng trực tiếp ban đầu tốc độ động nên dòng khởi động ban đầu lớn (Inm = Uđm/R 10ữ20Iđm) Nh đốt nóng mạnh động gây sụt áp lới điện Hoặc làm cho chuyển mạch khó khăn, mômen mở máy lớn tạo xung lực động làm hệ truyền động bị giật, lắc, không tốt mặt học, hại máy gây nguy hiểm nh: gÃy trục, vỡ bánh răng, đứt cáp, đứt xích Tình trạng xấu nh hệ TĐĐ thờng xuyên phải mở máy, đảo chiều, hÃm điện nh máy cán đảo chiều, cần trục, thang máy Để đảm bảo an toàn cho máy, thờng chọn: Ikđbđ = Inm Icp = 2,5Iđm Muốn thế, ngời ta thờng đa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng bắt đầu khởi động, sau loại dần chúng để đa tốc độ động lên xác lập Ikđbđ = Inm = U đm = (2ữ2,5)Iđm Icp R + R f (2.10) Trong trình mở máy, tốc độ động tăng dần, sức điện động động E=K.. tăng dần dòng điện động bị giảm: I= U E R + R p (2.11) mômen động giảm Nếu giữ nguyên Rp mạch phần ứng tốc độ tăng theo đờng đặc tính tới điểm B, mômen động giảm từ mômen Mmm xuống mômen cản Mc, động quay ổn định với tốc độ thấp b Do vậy, mômen giảm mức (chẳng hạn M2) phải cắt dần điện trở phụ để động tiếp tục trình mở máy điểm làm việc A đờng đặc tính tự nhiên Khi bắt đầu cấp điện cho động với toàn điện trở khởi động, mômen ban đầu động có giá trị Mmm Mômen lớn mômen cản tĩnh Mc động bắt đầu đợc gia tốc Tốc độ tăng lên mômen động giảm xuống theo đờng cong ab Trong trình mômen động (chênh lệch mômen động mômen cản: M = MĐ - MC) giảm dần nên hiệu gia tốc giảm theo Đến tốc độ đó, ứng với điểm b, tiếp điểm 1G đóng lại, đoạn điện trở khởi động bị nối tắt Và tốc độ đó, động chuyển sang làm việc điểm c đờng đặc tính thứ Mômen động lại tăng lên, gia tốc lớn sau gia tốc lại giảm dần tốc độ tăng, mômen động giảm dần theo đờng cong cd Tiếp theo trình lại xảy tơng tự nh vậy: sau đóng tiếp điểm 2G mômen động giảm theo đờng ef đến điểm f tiếp điểm 3G đóng lại động chuyển sang làm việc đặc tính tự nhiên GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 14 + - KT§ Ikt § Iu Rp1 E Rp2 1G Rp3 2G 3G Hình 2.10a - Sơ đồ mở máy ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lËp qua cÊp ®iƯn trë ω M, n ωo A TN g f d e 1G, 2G b c 1G f fg d M1 n Mc e b c M a M c M1 d M mm g 1G, 2G, 3G b e c a t a M mm Hình 2.10b,c - Đặc tính lúc mở máy động điện chiều kích từ độc lập qua cấp điện trở 2.2.4 Đảo chiều quay động Chiều từ lực tác dụng vào dòng điện đợc xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi đảo chiều từ thông hay đảo chiều dòng điện từ lực có chiều ngợc lại Vậy muốn đảo chiều quay động điện chiều ta thực hai cách: - Hoặc đảo chiều từ thông (bằng cách đảo chiều dòng điện kích từ) - Hoặc đảo chiều dòng điện phần ứng - + Ikt R Iu + - KT§ § E kt Rp Ikt Iu KTĐ R Đ E kt Rp Hình 2.11 - Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập đảo chiều từ thông đảo chiều dòng điện phần ứng GV: Lờ Ti n Dng B mụn TH_Khoa i n 15 Đờng đặc tính động quay thuận quay ngợc đối xứng qua gốc tọa độ § ω ωo M − ωo ω § H×nh 2.12 - Đặc tính động chiều kích từ độc lập đảo chiều quay Phơng pháp đảo chiều từ thông thực nhẹ nhàng mạch từ thông có công suất nhỏ mạch phần ứng Tuy vậy, cuộn kích từ có số vòng dây lớn, hệ số tự cảm lớn, thời gian đảo chiều tăng lên Ngoài ra, dùng phơng pháp đảo chiều từ thông từ thông qua trị số làm tốc độ động tăng cao 2.3 Động điện chiều kích từ nối tiếp 2.3.1 Phơng trình đặc tính Động điện chiỊu kÝch tõ nèi tiÕp cã cn kÝch tõ m¾c nối tiếp với cuộn dây phần ứng nh sơ đồ nguyên lý hình 2.13 + Iu Đ Ikt Rp E KTĐ Hình 2.13 - Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ nối tiếp Với cách mắc nối tiếp, dòng điện kích từ dòng điện phần ứng Ikt = I nên cuộn dây kích từ nối tiếp có tiết diện dây lớn số vòng dây Từ thông động phụ thuộc vào dòng điện phần ứng, tức phụ thuộc vào tải: = K'.I Trong K' hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cuộn dây kích từ Phơng trình mạch từ không bÃo hoà từ dòng điện I < (0,8ữ0,9)Iđm Tiếp tục tăng I tốc độ tăng từ thông chậm tốc độ tăng I sau tải lớn (I > Iđm) coi =const mạch từ đà bị bÃo hòa GV: Lờ Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 16 s= ω n0 − n2 ω0 − ω2 = = 1− n0 0 (2.25) chế độ động cơ, độ trợt s có giá trị s Dòng điện cảm ứng cuộn dây rotor dòng xoay chiều với tần số xác định qua tốc độ tơng đối rotor từ trờng quay: p.(n0 n2 ) = s.f1 (Hz) (2.26) 60 Các động xoay chiều KĐB có cấu tạo đơn giản, giá thành thấp, vận hành tin cậy so với động chiều nên đợc sử dụng rộng rÃi f2 = 2.5.2 Phơng trình đặc tính Khi coi pha động đối xứng, đợc cấp nguồn nguồn xoay chiều hình sin pha đối xứng mạch từ động không bÃo hoà xem xét động qua sơ đồ thay pha sơ đồ điện pha phía stator với đại lợng điện mạch rôto đà quy ®ỉi vỊ stator X1 I1 R1 X'2 Xm Io ~ U1ph I'2 R'2 Rm s Hình 2.29 - Sơ đồ thay pha động KĐB Khi cuộn dây stator đợc cấp điện với điện áp định mức U1ph.đm pha mà giữ yên rotor (không quay pha cuộn dây rotor xuất sức điện động E2ph.đm theo nguyên lý máy biến áp Hệ số quy đổi sức điện động là: kE = U ph.dm E ph.dm (2.27) Tõ ®ã ta cã hƯ sè quy ®ỉi dßng ®iƯn: kI = kE (2.28) hệ số quy đổi trở kh¸ng: kR = kX = kE =kE2 kI (2.29) Víi hệ số quy đổi này, đại lợng điện mạch rotor quy đổi mạch stator theo cách sau: - Dòng điện: I'2 = kII2 - §iƯn kh¸ng: X'2 = kXX2 - §iƯn trë: R'2 = kRR2 GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 28 Trên sơ đồ thay hình 2.29, đại lợng khác là: I0 - Dòng điện từ hóa động Rm, Xm - Điện trở, điện kháng mạch từ hóa I1 - Dòng điện cuộn dây stator R1, X1 - Điện trở, điện kháng cuộn dây stator Dòng điện rotor quy đổi stator tính từ sơ đồ thay thế: ' I2 = U1 ph (2.30)  R'  '  R1 +  + (X + X ) s Khi động hoạt động, công suất điện từ P12 từ stator chuyển sang rotor thành công suất Pcơ đa trục động công suất nhiệt P2 đốt nóng cuộn dây: (2.31) P12 = Pc¬ + ∆P2 NÕu bá qua tỉn thất phụ coi mômen điện từ Mđt động mômen Mcơ: Mđt = Mcơ = M Tõ ®ã: P12 = M.ω0 = Mω + ∆P2 Suy ra: M= (2.32) ∆P2 ∆P2 = ω − ω s.ω (2.33) C«ng st nhiƯt cn dây pha là: P2 = 3R'2I'22 Thay vào phơng trình tính mômen ta có đợc: ' 3U12ph R2 M= '   R2   + X nm  sω  R1 +  s       Trong ®ã:Xnm = X1 + X'2 điện kháng ngắn mạch (2.34) (2.35) Phơng trình biểu thị mối quan hệ M = f(s) = f[s()] gọi phơng trình đặc tính động điện xoay chiều pha không đồng Với giá trị khác s (0 s 1), phơng trình đặc tính cho ta giá trị tơng ứng M Đờng biểu diễn M = f(s) hệ trục tọa độ sOM nh hình 2.26, đờng đặc tính động xoay chiều ba pha không đồng Đờng đặc tính có điểm cực trị gọi điểm tới hạn K Tại điểm đó: dM =0 ds Giải phơng trình ta có: sth = ± ' R2 R12 + X nm (2.36) Thay vào phơng trình đặc tính ta có: Mth = ± 3U12ph 2ω ( R1 ± R12 + X nm ) GV: Lê Ti n Dũng B mụn TH_Khoa i n (2.37) 29 Vì ta xem xét giới hạn s nên giá trị sth Mth đặc tính ứng víi dÊu (+) ω s ω0 A ωth sth K B Mmm M M th H×nh 2.30 - Đặc tính động KĐB Ta nhận thấy, đờng đặc tính động không đồng đờng cong phức tạp có đoạn AK KB, phân giới điểm tới hạn K Đoạn đặc tính AK gần thẳng cứng Trên đoạn này, mômen động tăng tốc độ động giảm Do vậy, động làm việc đoạn đặc tính ổn định Đoạn KB cong với độ dốc dơng Trên đoạn này, động làm việc không ổn định 2.5.3 ảnh hởng thông số điện đặc tính Phơng trình đặc tính cho thấy đờng đặc tính động điện xoay chiều pha KĐB chịu ảnh hởng nhiều thông số điện: Điện áp lới U1ph, điện trở mạch rotor R2', điện trở R1 điện kháng X1 mạch stator, tần số lới f1, số đôi cực p động Khi thông số thay đổi gây biến động đại lợng: 2f1 - Tốc độ đồng bộ: = (2.38) p - Độ trợt giới hạn: sth = - Mômen tới hạn: ' R2 (2.39) R12 + X nm Mth = 3U12ph 2ω ( R1 + R12 + X nm ) (2.40) 2.5.3.1 Trờng hợp thay đổi điện trở R2' Trờng hợp có động rotor dây quấn mạch rotor nối với điện trở qua hệ vòng trợt - chổi than Động rotor lồng sóc (hay rotor ngắn mạch) thay đổi đợc điện trở mạch rotor Việc thay đổi ®iƯn trë m¹ch rotor chØ cã thĨ thùc hiƯn vỊ phía tăng điện trở R2' Khi tăng R2' độ trợt tới hạn sth tăng lên, tốc độ đồng mômen tới hạn Mth giữ nguyên Các đặc tính nhân tạo thay đổi điện trở mạch rotor đợc biểu diễn nh hình vẽ Điện trở mạch rotor lớn đặc tính dốc GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 30 ω s ~ ω0 A ωth sth M R' M th Hình 2.31 - Sơ đồ nối họ đặc tính động KĐB thay đổi điện trở mạch rôto 2.5.3.2 Trờng hợp thay đổi điện áp U1ph Điện áp U1ph đặt vào Stator động thay đổi phía giảm Khi U1ph giảm mômen tới hạn Mth giảm nhanh theo bình phơng U1ph, tốc độ đồng độ trợt tới hạn sth không thay đổi Các đặc tính giảm điện ¸p nh− h×nh 2.27 ω s ω0 A ωth K sth U2 U1 U ®m M B Mmm M th Hình 2.32 - Họ đặc tính động KĐB thay đổi điện áp U1ph 2.5.3.3 Trờng hợp thay đổi điện trở R1, điện kháng X1 mạch Stator Trờng hợp thay đổi phía tăng R1 X1 Sơ đồ nối dây nh− h×nh 2.29 GV: Lê Ti n Dũng B mơn TðH_Khoa ði n 31 ~ ~ X1 R1 R' Hình 2.33 - Sơ đồ nối động KĐB nối thêm R1 X1 vào mạch stator Khi nối thêm vào mạch Stator R1 X1 ta thấy tốc độ đồng không đổi, độ trợt tới hạn sth mômen tới hạn Mth giảm 2.5.3.4 Trờng hợp thay đổi số đôi cực p Khi số đôi cực thay đổi tốc độ đồng bị thay đổi Thông thờng, động loại đợc chế tạo với cuộn cảm stator có nhiều đầu dây để đổi cách đấu dây tơng ứng với số đôi cực Tuỳ theo khả đổi nối mà động KĐB đợc gọi ®éng c¬ cã 2,3,4 cÊp tèc ®é Do sè đôi cực thay đổi nhờ đổi nối cuộn cảm stator nên thông số U1ph đặt vào cuộn pha, trở kháng R1 cảm kháng X1 bị thay đổi Từ đó, độ trợt tới hạn sth mômen tới hạn Mth khác 2.5.3.5 Trờng hợp thay đổi tần số f1 nguồn điện áp cấp Khi thay đổi f1 tốc độ đồng thay đổi, đồng thời X1, X2 bị thay ®ỉi (v× X = 2πfL), kÐo theo sù thay ®ỉi độ trợt tới hạn sth mômen tới hạn Mth Quan hệ độ trợt tới hạn theo tần số sth = f(f1) mômen tới hạn theo tần số Mth = F(f1) phức tạp nhng X1 phụ thuộc tỉ lệ với tần số f1 nên từ biểu thức sth Mth rót ra: s th ~ f1 Mth ~ (2.41) f12 Khi tần số nguồn f1 giảm, độ trợt tới hạn sth mômen tới hạn Mth tăng lên nhng Mth tăng nhanh Do độ cứng đặc tính tăng lên Chú ý giảm tần số f1 xuống dới tần số định mức tổng trở cuộn dây giảm nên giữ nguyên điện áp cấp cho động dẫn đến dòng điện động tăng mạnh Vì giảm tần số nguồn xuống dới trị số định mức cần phải đồng thời giảm điện áp cấp cho động theo quan U1 = const (2.42) hÖ: f1 GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 32 ω TN M Mmm Hình 2.34 - Đặc tính động KDBB thay đổi tần số kết hợp với thay đổi điện áp Nh mômen tới hạn Mth giữ không đổi vùng f1f1đm không đợc tăng điện áp nguồn cấp mà giữ U1 = const Mômen tới hạn Mth giảm tỉ lệ nghịch với bình phơng tần số 2.5.4 Mở máy (khởi động) động điện KĐB Khi đóng điện trực tiếp vào động KĐB để mở máy lúc đầu rotor cha quay, độ trợt lớn (s=1) nên s.đ.đ cảm ứng dòng điện cảm ứng lớn Imm = (5ữ8)Iđm Dòng điện có trị số đặc biệt lớn động công suất trung bình lớn, tạo nhiệt đốt nóng động gây xung lực có hại cho động A A MC Mmm Mth Hình 2.35 - Đặc tính động KĐB mở máy trực tiếp Tuy dòng điện lớn nhng mômen mở máy lại nhỏ: Mmm = (0,5ữ1,5)Mđm Do cần phải có biện pháp mở máy Trờng hợp động có công suất nhỏ mở máy trực tiếp Động mở máy theo đặc tính tự nhiên với mômen mở máy nhỏ GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 33 Những động không mở máy trực tiếp thực phơng pháp mở máy gián tiếp sau 2.5.4.1 Phơng pháp dùng điện trở mở máy mạch rotor Phơng pháp dùng cho động rotor dây quấn điện trở mở máy mạch mắc nối tiếp với cuộn dây rotor Hình 2.36 trình bày sơ đồ mở máy qua cấp điện trở phụ R1, R2 R3 pha rotor Đây sơ đồ mở máy với điện trở rotor đối xứng ~ ω0 KB A TN f d g e K3 c b R3 K2 R2 a K1 MC R1 M2 M2 Mth Hình 2.36 - Sơ đồ mở máy động KĐB qua cấp điện trở phụ đặc tính tơng ứng Lúc bắt đầu mở máy, tiếp điểm công tắc tơ K1, K2, K3 mở, cuộn dây rotor đợc nối với cấp điện trở phụ (R1+R2+R3) nên đờng đặc tính đờng Tới điểm b, tốc độ động đạt b mômen giảm M2, tiếp điểm K1 đóng lại, cắt điện trở phụ R1 khỏi mạch rotor Động đợc tiếp tục mở máy với điện trở phụ (R2+R3) mạch rotor chuyển sang làm việc điểm c đặc tính dốc Mômen tăng từ M2 lên M1 tốc độ động lại tiếp tục tăng Động làm việc đờng đặc tính từ c đến d Lúc này, tiếp điểm K2 đóng lại, nối tắt điện trở R2 Động chuyển sang mở máy với điện trở R3 mạch rotor đặc tính điểm e tiếp tục tăng tốc tới điểm f Lúc tiếp điểm K3 đóng lại, điện trở R3 mạch rotor bị loại Động chuyển sang làm việc đặc tính tự nhiên g tăng tốc đến điểm làm việc A ứng với mômen cản MC Quá trình mở máy kết thúc Để đảm bảo trình mở máy nh đà xét cho điểm chuyển đặc tính ứng với mômen M2, M1 điện trở phụ tham gia vào mạch rotor lúc mở máy phải đợc tính chọn cẩn thận theo phơng pháp riêng Ngoài sơ đồ mở máy với điện trở đối xứng mạch rotor, thực tế dùng sơ đồ mở máy với điện trở không đối xứng mạch rotor, nghĩa điện trở mở máy đợc cắt giảm không c¸c pha rotor më m¸y GV: Lê Ti n Dũng B mơn TðH_Khoa ði n 34 2.5.4.2 Ph−¬ng pháp mở máy với điện trở điện kháng nối tiếp mạch stator Phơng pháp dùng điện trở điện kháng mắc nối tiếp với mạch stator lúc mở máy áp dụng cho động rotor lồng sóc lẫn rotor dây quấn Do có điện trở điện kháng nối tiếp nên dòng mở máy động giảm đi, nằm giá trị cho phép Mômen mở máy động giảm Thời điểm ban đầu trình mở máy, tiếp điểm K2 đóng lại (các tiếp điểm K1 mở) để điện trở (hình a) điện kháng (hình b) tham gia vào mạch stator nhằm hạn chế dòng điện mở máy Khi tốc độ động đà tăng đến mức (tuỳ hệ truyền động) tiếp điểm K1 đóng lại, K2 mở để loại điện trở điện kháng khỏi mạch stator Động tăng tốc đến tốc độ làm việc Quá trình më m¸y kÕt thóc ~3 K1 K2 ~3 K1 K2 K1 K2 ω a § K1 K2 X1 ω0 X1 A R1 R1 b K1 K2 X1 R1 K1 K2 c a b c Đ MC Mmm Hình 2.37 - Sơ đồ mở máy dùng R1 X1 mạch stator dạng đặc tính mở máy Sơ đồ hình 2.37 mở máy với cấp điện trở điện kháng mạch stator Có thể mở máy với nhiều cấp điện trở điện kháng công suất động lớn 2.5.4.3 Phơng pháp mở máy dùng máy biến áp tự ngẫu Phơng pháp đợc sử dụng để đặt điện áp thấp cho động mở máy Do vậy, dòng điện động mở máy giảm Các tiếp ®iĨm K' ®ãng, K më lóc më m¸y Khi K' mở, K đóng trình mở máy kết thúc Phơng pháp mở máy dùng cuộn kháng X máy biến áp tự ngẫu thích hợp cho việc mở máy động cao áp GV: Lờ Ti n Dng B môn TðH_Khoa ði n 35 ~3 CD K' K a b K K BATN K' c Đ Hình 2.38 - Sơ đồ mở máy động KĐB dùng MBA tự ngẫu 2.5.4.4 Phơng pháp đổi nối - mở máy Động KĐB làm việc bình thờng sơ đồ mắc cuộn stator mở máy mắc theo sơ đồ Y Thực chất phơng pháp giảm điện áp đặt vào cuộn dây stator đổi nối Uph = Ud mắc , mắc Y điện áp giảm Uph = lần: Ud 2.5.5 Đảo chiều quay động điện KĐB Để đảo chiều quay động KĐB, cần đảo chiều quay từ trờng quay stator tạo Muốn vậy, cần ®¶o chiỊu hai pha bÊt kú pha ngn cấp cho stator Đặc tính đảo chiều quay n»m ë gãc phÇn t− thø III ω ω CDA CDB a b c Hình 2.39 - Sơ đồ đảo chiều quay động KĐB đặc tính đảo chiều quay GV: Lờ Ti n Dng B mụn TH_Khoa i n 36 2.6 Các trạng thái hÃm động điện KĐB 2.6.1 HÃm tái sinh Đặc tính hÃm tái sinh động KĐB nh hình vẽ Động điện xoay chiều KĐB chế độ hÃm tái sinh tốc độ động vợt tốc độ đồng Khi hÃm tái sinh động làm việc chế độ máy phát s sthF K' ω s=0 ω F sthĐ K s=1 MthF MthĐ Hình 2.40 - Đặc tính hÃm tái sinh động KĐB Từ công thức (2.36) (2.37), loại trừ trờng hợp dấu (+) chế độ động ta có chế độ máy phát: s th = M th = ' R2 R12 + X nm 3U 12ph 2ω ( R1 − R12 + X nm ) (2.43) (2.44) Qua ®ã ta thÊy ë chÕ ®é máy phát, độ trợt tới hạn sthF đổi dấu so với động cơ, mômen tới hạn có trị số lớn trị số mômen tới hạn chế độ động Chế độ hÃm tái sinh động KĐB đợc thiết kế đoạn NK', góc phần t thứ II 2.6.2 HÃm ngợc a) HÃm ngợc nhờ đa điện trở phụ vào mạch phần ứng Động KĐB rôto dây quấn truyền động cho cấu nâng-hạ một cầu trục, làm việc nâng tải điểm A đặc tính góc phần t thứ I với mômen cản MC tốc độ quay nâng A (các tiếp điểm K đóng) Để dừng hạ vật xuống, ta đa điện trở RP đủ lớn vào mạch phần ứng (các tiếp điểm K mở ra), động chuyển sang làm việc điểm B đặc tính có điện trở với tốc độ A Mômen động giảm xuống (MB < MC) nên tốc độ động giảm Lúc vật P đợc nâng lên nhng với tốc độ nâng nhỏ dần Tới điểm D = vật dừng lại nhng mômen động nhỏ mômen cản (MD < MC) nên vật bắt đầu tụt xuống Động đảo chiều quay ( < 0) Động bắt đầu làm việc trạng thái hÃm ngợc (tốc độ âm xuống, mômen dơng có xu hớng kéo vật P lên) GV: Lờ Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 37 ω ω0 MC A ωA B ωA M§ P ~ D MC MB Mth M MC KB E ωE ωA K K MĐ P Rp Hình 2.41 - HÃm ngợc động KĐB nhờ đa điện trở phụ vào mạch phần ứng Đặc tính hÃm ngợc nằm góc phần t thứ IV Điểm làm việc hÃm động chuyển theo đặc tính hÃm từ D đến E Tại MĐ = ME = MC, động quay đều, hÃm ghìm vật để hạ vật xuống với tốc độ E b) HÃm ngợc nhờ đảo chiều quay MC B B' MC M§ ω A D' MC D E MC § § ~ M§ ω F ω ω0 ω MC ωE KB Mth M M§ K E' K Rp Hình 2.42 - HÃm ngợc động KĐB nhờ đảo chiều quay GV: Lờ Ti n Dng B mụn TH_Khoa i n 38 Động điện KĐB rôto dây quấn làm việc với tải có mômen cản phản kháng điểm A đờng đặc tính 1, sơ đồ nối dây nh hình vẽ Để hÃm máy, ta đổi thứ tự hai pha pha cấp cho stato để đảo chiều quay động Động chuyển điểm làm việc từ A đặc tính sang điểm B' đặc tính Do quán tính hệ cơ, động coi nh giữ nguyên tốc độ A chuyển đặc tính Quá trình hÃm ngợc bắt đầu Khi tốc độ động giảm theo đặc tính hÃm tới điểm D' = Lúc này, cắt điện động dừng Đoạn hÃm ngợc B'D' Nễu không cắt điện nh trờng hợp hình 2.82a, động có MD' > MC nên động bắt đầu tăng tốc, mở máy chạy ngợc theo đặc tính làm việc ổn định điểm E' với tốc độ E' theo chiều ngợc Khi động hÃm ngợc theo đặc tính 2, điểm B' có mômen nhỏ nên tác dụng hÃm không hiệu Thực tế phải tăng cờng mômen hÃm ban đầu (MhÃm 2,5Mđm) nhờ vừa đảo chiều từ trờng quay stato, vừa đa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rôto Động hÃm ngợc theo đặc tính (đoạn BD) Tới D mà cắt điện động dừng Nếu không cắt điện, động tăng tốc theo chiều ngợc lại làm việc điểm E với tốc độ E < E' Nếu lúc lại cắt điện trở phụ RP động chuyển sang làm việc đặc tính điểm F tăng tốc tới điểm E' 2.6.3 HÃm động Để hÃm động động điện KĐB làm việc chế độ động cơ, ta phải cắt stator khỏi lới điện xoay chiều (mở tiếp điểm K mạch lực) cấp vào stator dòng điện chiều để kích từ (đóng tiếp điểm H) Thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt ~3 K K K Rkt + H a b c - H Đ Hình 2.43 - Sơ đồ nối dây hÃm động động KĐB Vì cuộn dây stato động pha nên cấp kích từ chiều phải tiến hành đổi nối thực theo sơ đồ sau + + - - + + + - - - Hình 2.44 - Các cách cấp kích từ chiều cho cuộn stator pha hÃm động động KĐB GV: Lờ Ti n Dng B mụn TH_Khoa i n 39 Do động tích lũy, rôto tiếp tơc quay theo chiỊu cị tõ tr−êng mét chiỊu vừa đợc tạo Trong cuộn dây phần ứng xuất dòng điện cảm ứng Lực từ trờng tác dụng vào dòng cảm ứng cuộn dây phần ứng tạo mômen hÃm rôto quay chậm dần Động điện xoay chiều hÃm động làm việc nh máy phát điện có tốc độ (do tần số) giảm dần Động qua động biến đổi thành điện tiêu thụ điện trở mạch rôto Nếu trớc hÃm, động làm việc điểm A đặc tính hÃm động năng, động chuyển sang làm việc điểm B đặc tính hÃm động góc phần t thứ II Đặc tính hÃm động động xoay chiều pha KĐB có dạng nh hình Tốc độ động giảm dần theo đặc tính O đoạn đặc tính hÃm động BO Tại điểm O, động dừng tải phản kháng Nếu tải có tính chất tải kéo động quay ngợc ổn định điểm D (góc phần t thứ IV) B F Đ A ωA MC ωD M D F H×nh 2.45 - Đặc tính hÃm động kích từ độc lập động KĐB Điện trở mạch rôto dòng kích từ cấp cho stato lúc hÃm động có ảnh hởng tới dạng đặc tính hÃm Trên hình vẽ 2.43, đặc tính hÃm øng víi cïng mét dßng kÝch tõ nh− (Ikt1 = Ikt2) nhng điện trở hÃm mạch rôto khác (Rh1 < Rh2) ~3 ω K K K Rkt H a b H c + - Đ H M Hình 2.46-Họ đặc tính hÃm động kích từ độc lập động K§B GV: Lê Ti n Dũng B mơn TðH_Khoa ði n H Rh Hình 2.47-Sơ đồ nối dây hÃm động kích từ độc lập động KĐB 40 BI T P Bài 1: Cho ñ ng ñi n m t chi u kích t đ c l p có s li u k thu t sau: Pđm = 2,2 kW; Uñm = 110V; Iñm = 25,6A; nñm = 1430 vg/phút; Rư = 0,47Ω; a) Hãy v ñ c tính t nhiên c a đ ng b) Hãy v đ c tính nhân t o có n tr ph m c m ch ph n ng Rưf = 0,78Ω; Bài 2: Cho ñ ng ñi n m t chi u kích t đ c l p có s li u k thu t sau: Pñm = 16 kW; Uñm = 220V; Iñm = 70A; nñm = 1000 vg/phút; Rư = 0,28Ω; Xác ñ nh t c ñ quay c a đ ng mơmen tr c đ ng b ng 0,6.Mñm Rưf = 0,52Ω; Bài 3: Tìm tr s c p n tr m máy c a ñ ng ñi n m t chi u kích t đ c l p có thơng s k thu t sau: Pđm = 13,5 kW; Uñm = 110V; Iñm = 145A; nñm = 1050 vg/phút; Bi t r ng m máy c n kh ng ch mômen m máy b ng M1 = 200%Mñm, m máy v i c p ñi n tr Bài 4: Hãy xác ñ nh ch s ñi n tr ph c n thi t ñóng vào ph n ng ñ ng ñi n m t chi u kích t đ c l p hãm ñ ng kích t ñ c l p v i dịng n hãm ban đ u b ng 2.Iñm Bi t r ng trư c hãm ñ ng làm vi c v i ph t i ñ nh m c Các s li u k thu t c a ñ ng cơ: Pñm = 46,5kW; Uñm = 220V; Iñm = 238A; nñm = 1500 vg/phút; Bài 5: Cho ñ ng ñi n m t chi u kích t đ c l p có s li u k thu t sau: Pñm = 34 kW; Uñm = 220V; Iñm = 178A; nñm = 1580 vg/phút; Rư = 0,042Ω ð ng ñang làm vi c đ c tính t nhiên v i mơmen c n tr c Mc = Mñm, ñ d ng máy ngư i ta chuy n sang ch ñ hãm ngư c b ng cách ñ o chi u ñi n áp Hãy xác ñ nh tr s mômen ñi n t c a ñ ng sinh ñ u cu i trình hãm? N u m ch ph n ng m c thêm ñi n tr ph Rưf = 1,25Ω Bài 6: Xác ñ nh t c đ quay dịng n ph n ng c a ñ ng ñi n m t chi u kích t đ c l p có s li u k thu t sau: Pñm = 4,2 kW; Uñm = 220V; Iñm = 22,6A; nñm = 1500 vg/phút; Rư = 0,841Ω n u mômen c n tr c b ng ñ nh m c t thơng kích t c a đ ng b ng 0,5φđm Các thơng s k thu t c a ñ ng cơ: Pñm = 29kW; Uñm = 440V; Iñm = 79A; nñm = 1000 vg/phút; Rư = 0,278Ω GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 41 Bài 9: Xác ñ nh tr s ban ñ u c a dịng n ph n ng c t ph n ng c a ñ ng ñi n m t chi u kích t đ c l p kh i lư i n đóng kín vào m t n tr 6Ω Trư c c t ñ ng làm vi c v i mơmen M = 34,4Nm t thơng đ nh m c Cho s li u k thu t c a ñ ng cơ: Pñm = 6,5kW; Uñm = 220V; Iñm = 34,4A; nñm = 1500 vg/phút; Rư = 0,14Ω GV: Lê Ti n Dũng B môn TðH_Khoa ði n 42 ... tốc độ động mômen M2=(1,1ữ1,3)Mđm tiếp điểm K2 đóng, cắt điện trở mở máy R2 khỏi mạch động Động chuyển từ đặc tính sang làm việc điểm c đặc tính Thời gian chuyển đặc tính vô ngắn nên tốc độ động. .. điện từ Mđt động mômen Mcơ: Mđt = Mcơ = M Từ đó: P 12 = M.0 = M + ∆P2 Suy ra: M= (2. 32) ∆P2 ∆P2 = ω − ω s.ω (2. 33) C«ng st nhiƯt cuộn dây pha là: P2 = 3R''2I ''22 Thay vào phơng trình tính mômen ta... thay đổi Các đặc tính giảm điện áp nh hình 2. 27 s 0 A ωth K sth U2 U1 U ®m M B Mmm M th Hình 2. 32 - Họ đặc tính động KĐB thay đổi điện áp U1ph 2. 5.3.3 Trờng hợp thay đổi điện trở R1, điện kháng