Quá trình quá độ truyền động điện

Quá trình Độ truyền động điện Quá trình Độ truyền động điện Bởi: unknown Khái niệm chung + Quá trình độ truyền động điện (QTQĐ TĐĐ) trình làm việc hệ thống TĐĐ chuyển từ trạng thái xác lập sang trạng thái xác lập khác, đại lượng đặc trưng cho hệ thống TĐĐ (I, M, (, ) thay đổi theo thời gian + Dựa vào đặc tính I(t), M(t), ((t), n(t) ta xác định thời gian tính chất diễn biến QTQĐ tương ứng với chế độ công nghệ máy; từ đánh giá mômen cho phép, gia tốc dòng điện QTQĐ, biết mức độ tải động cơ, từ mà chọn công suất động khí cụ, thiết bị điều khiển cho phù hợp + Nguyên nhân có QTQĐ là: Nguyên nhân khách quan: tác động ngẫu nhiên (nhiễu loạn) như: mưa, bảo, sét đánh, nhiệt độ thay đổi, điện áp, tần số lưới thay đổi, phụ tải thay đỏi bất thường Nguyên nhân chủ quan: người điều khiển tác động điều khiển chế độ làm việc khác hệ thống TĐĐ theo yêu cầu công nghệ như: thay đổi tốc độ, khởi động, hãm, đảo chiều , phần tử, thiết bị có quán tính quán tính điện từ nên có QTQĐ + Hệ thống TĐĐ có phần tử điện + nên luôn tồn phần tử tích luỹ lượng, mà có quán tính Quán tính điện từ: đặc trưng số thời gian điện từTđt =Ġ, phần tử tích luỹ lượng điện từ điện cảm L, tụ điện C Quán tính cơ: đặc trưng số thời gian Tc Ľ, khâu tích luỹ động mômen quán tính J khối lượng quán tính m (( độ cứng đặc tính cơ) 1/26 Quá trình Độ truyền động điện Quán tính nhiệt: đặc trưng số thời gian nhiệtTn =Ġ, phần tử tích luỹ nhiệt nhiệt dung (C nhiệt dung, A hệ số toả nhiệt) Thường Tn lớn nên ta bỏ qua xét QTQĐ, QTQĐ kết thúc mà trình thay đổi nhiệt còn, coi không ảnh hưởng đến QTQĐ xét Tđt xét đến điện cảm L lớn, lúc quán tính điện từ tương đương với quán tính Còn Tđt Mc2, mômen dư làm cho tốc độ tăng lên, tức làm tăng động dự trữ truyền động điện Do Mmax động không thiết phải Mc.max, phần chênh lệch bánh đà cung cấp Như vậy, giảm chu kỳ biến thiên Mc giữ Tc = const, tăng Tc giữ tck = const, trị số Mmin Mmax tiến lại gần nhau, nghĩa đồ thị mômen tốc độ động “nắn thẳng” Thường thêm bánh đà phụ để “nắn thẳng” mômen Khi:Ġ vàĠthì: Mmin = Mmax = Mc1.t1 + Mc2.t2 tck (5-41) * Trường hợp: đồ thị Mc(t) thay đổi nhảy cấp nhiều đoạn: Bằng cách áp dụng liên tiếp công thức (5-39), (5-40) ta xác định giá trị mômen động điểm cuối giai đoạn: Mcc1 = Mbđ1Į (5-42) Mcc2 = Mbđ1Į (5-43) 16/26 ⋅ Quá trình Độ truyền động điện Đối với đoạn thứ i bất kỳ: Mcci = Mbd1.e tj − ∑i Tc + Mc1(1 − e +Mc2(1 − e − t2 / Tc).e − t / Tc tj − ∑i Tc ).e tj Tc − ∑i + (5-44) + Và đoạn cuối (đoạn thứ m) đặt giá trị mômen động đầu cuối chu kỳ (Mccm = Mbđ1), ta có: Mbd1 = Mccm = − t /T ∑m Mci(1 − e c).e − i=1 − e − tck / Tc tck − ∑i tj (5-45) Các biểu thức (5-44), (5-45) cho phép dùng phương pháp giải tích để xác định trị số mômen ban đâu cuối tất giai đoạn chu kỳ, nghĩa cho phép vẽ đồ thị biến thiên mômen động Hằng số thời giai học Tc nhỏ mômen biến đổi lớn, đồ thị phụ tải biến đổi mãnh liệt, mômen đẳng trị vượt giá trị trung bình cách đáng kể, làm tăng phát nóng động cơ, Đỉnh cao mômen (Mmax) không cho phép khả chịu tải động (Mmax > Mcp) Muốn san đồ thị mômen, ta tăng số thời gian học Tc, điều thực cách thêm bánh đà phụ làm mềm đặc tính động Quá trình độ học U nguồn = const Mđộng(() phi tuyến : Phương pháp giải tích: + Khi khảo sát QTQĐ hệ thống TĐĐ với động điện có đặc tính M(() phi tuyến ĐMnt, ĐK, hay phụ tải có Mc(() đường cong máy bơm, quạt gió, hay Mc(() , lúc Mđộng(() không tuyến tính nữa, ta khảo sát QTQĐ hệ thống theo hai phương pháp: Phương pháp giải tích: Phương pháp áp dụng M(() Mc(() biểu diễn hàm giải tích không phức tạp quá, ví dụ ĐKls biểu diễn M(() tương đối xác qua: 17/26 Quá trình Độ truyền động điện M= s= 2Mt ; s st + st s (5-46) wo − w wo ; Phương trình chuyển động: 2Mt st s + st s dw ds + Mc = J dt =-Jwo dt (5-47) * Khi Mc(ω) = const: t= Jwo Mc s2 + s2 s t ⋅ ∫ sbd s − Mt Mc st s + s2 ds (5-48) t Tích phân xác định cách khai triển biểu thức dấu tích phân thành phân thức Sau lấy tích phân thay cận ta có: t Tt ´ ( = Mt Mc (s s1 s − s1 s1 − s2 ln sbd − s1 Mt Mc st´ ( ) − sbd) + s2 s − s2 s1 − s2 ln sbd − s2 − ) (5-49) Trong đó: Ġ (5-50) Tt = Jwo Mt (5-51) * Khi không tải Mc(() = biểu thức (5-48) đơn giản: t= Jwo 2Mtst ( ) sbd ⋅ ∫ s+ s s2 t s ds (5-52) Sau lấy tích phân ta có: t Tt = 4st (s bd − s2 + 2s2t ln sbd s ) (5-53) Các biểu thức (5-49) (5-53) cho phép xác định quan hệ mômen độ trượt theo thời gian Cho trước loạt giá trị s, dùng biểu thức (5-47) ta xác định trị số tương ứng M; theo (5-49) ta xác định giá trị t 18/26 Quá trình Độ truyền động điện Hình 5-12 giới thiệu quan hệ mômen tốc độ với thời gian QTQĐ khởi động động ĐK Có M(() ((t) tìm M(t) hình 5-12 Ví dụ có t1 tìm (1, tìm M1 cuối ta có M1(t1) Nếu Mc(() ( thì: (xl ( sxl ( + Trong trình hãm ngược thì: sbđ = 2; scc ( 1, (cc ( + Trong trình đảo chiều : sbđ = 2; scc ( 0, (cc ( - (o Trường hợp biết sbđ scc tính được: tqd = Tt 4st [(s2bd − s2cc) + 2s2t ln sbdcc ] (5-54) s Thường kết thúc QTQĐ scc ( 5%sxl Thời gian độ tqđ phụ thuộc vào st Tt, nên muốn có tqđ.min thường thay đổi st Phương pháp đồ thị giải tích: Đây phương pháp gần đúng, đơn giản tiện lợi phương pháp giải tích Phương trình chuyển động: Mđông(() = Mđg(() = M - Mc Ľ (5-55) Coi J = const, rút ra: Ġ (5-56) Lấy tích phân gần đúng:Ġ (5-57) 19/26 Quá trình Độ truyền động điện Trong khoảng (t nhỏ coi Mđộng(() ( const, đó: Dwi Dti»J M dg.tbi (5-58) Trong đó: ((i = (i - (i-1 Mđg.tbi mômen động trung bình khoảng ((i Đặt:Ġ; vàĠ diện tích mặt phẳng [M, (] đường Nđg bao Chọn trước giá trị ((i, xác định (1/Mđông) nhờ Mđông(() biết, từ tìm (ti theo (5-58) Thường chọn ((i = const, ta xác định ti, (i, Mi((i), cuối ta có M(t) ((t) Trên hình 5-13, ta có: ĉ (5-59) Trong đó: m1/dg - tỉ xích theo mômen (1/N.m.mm); m( - tỉ xích theo tốc độ (Rad/s.mm); si - diện tích (mm2) Quá trình độ học Unguồn = var: Đây QTQĐ hệ thống TĐĐ có biến đổi - động (BBĐ - ĐC) hệ F ĐM, T - ĐM, KĐT - ĐM, BT - ĐK, Các hệ thống thường điều chỉnh thông số nguồn: thay đổi điện áp nguồn (thay đổi Uư, Us ) 20/26 Quá trình Độ truyền động điện Khi tác động điều khiển không đổi, hệ thống tương tự có điện áp nguồn không đổi (đã xét trên) Khi tác động điều khiển thay đổi theo quy luật cần thiết, hệ thống có điện áp nguồn thay đổi, tạo đặc tính mong muốn QTQĐ Đó ưu điểm hệ thống biến đổi - động Hệ thống Bộ biến đổi - động điện chiều: Các giả thiết: Mômen cản không đổi: Mc = const Dòng điện phần ứng (Iư) liên tục Như thay đổi tác động điều khiển (điện áp điều khiển uđk) ta có đặc tính điều chỉnh đường thẳng song song với Quá trình độ mô tả theo phương trình vi phân tuyến tính sau: dw Tc dt + w = wxl (5-60) Trong đó: wxl(t) = wo(t) − Mc β wo(t) = = wo(t) − wxl(t) uBD(t) kf (5-61) Các giá trị điện áp uBĐ(t) khác có QTQĐ khác hệ thống TĐĐ * Để đơn giản, xét QTQĐ khởi động BBĐ - ĐM có: 21/26 Quá trình Độ truyền động điện Điện áp biến đổi: uBĐ(t) = ku.t ( t ( t1 = UBĐ.đm/ku (5-62) điện áp định mức: UBĐ.đm = const t1 ( t + Khi t < t1: (o(t) = ( BĐ.t (5-63) (xl(t) = ( BĐ.t - ((c (5-64) Trong đó: gia tốc (BĐ Ľ- thường cho trước + Quá trình độ khởi động qua giai đoạn: * Giai đoạn 1: < t < to ; M < Mc ; ( = ; uBĐ(t) = ku.t M = KφI- = KφIn = Kφ (Kφ)2 = R -Σ ⋅ uBD(t) Kφ = (Kφ)2 R-Σ ⋅ ku Kφ uBD(t) R-Σ (5-65) ⋅ t = β.εBD.t Vậy, mômen tăng tỉ lệ bậc với thời gian Và điểm làm việc động dịch chuyển mặt phẳng [(, M] theo trục hoành hình 5-15a Khi t = to, kết thúc giai đoạn 1:Ġ (5-66) * Giai đoạn 2: to ( t ( t1 ; M ( Mc ; ( ( ; uBĐ(t) = ku.t Tại t = to : M = Mc : (o(to) = (BĐ.to = ((c ; ((c =Ġ - độ sụt tốc động M = Mc Điểm làm việc dich chuyển từ đặc tính sang đặc tính khác theo quy luật (đường có mủi tên hình 4-15a) Dời gốc toạ độ tới t = to, lúc tính thời gian t’ = t - to: Phương trình vi phân: dw Tc dt' + w = wxl (5-60’) wxl(t') = wo(t') − Dwc = eBD.to + eBD.t' − Dwc = eBD.t' (5-67) 22/26 Quá trình Độ truyền động điện + Nghiệm riêng (4-60’):Ġ (5-68) Hệ số B xác định theo (4-60’) thay (r vào đồng hệ số: Ġ Ta có: B = - Tc (BĐ + Nghiệm tự do: Ġ (5-69) Nghiệm tổng quát: w = wr + wtd = eBD.t' − Tc.eBD + c.e − t'/Tc (5-70) Khi t’ = ( = nên C = Tc (BĐ ta có: w = eBD.t' − Tc.eBD(1 − e − t'/Tc) (5-71) Trong giai đoạn này: dw M = Mc + J dt' = Mc + Tc.eBD(1 − e − t'/Tc) (5-72) Khi t = t1, uBĐ(t) = UBĐ.đm, (o(t) = (o.đm, kết thúc giai đoạn * Giai đoạn 3: t1 ( t ; M ( Mc ; ( > ; điện áp biến đổi lúc này: uBĐ(t) = UBĐ.đm = const; Dời gốc toạ độ tới t = t1, lúc tính thời gian t” = t - t1: Tương tự QTQĐ học điện áp nguồn không đổi, áp dụng kết ta có phương trình: − t /T rSub { size 6{c} } } } } {} w = wxl + (wbd − wxl).e (5-73) − t /T rSub { size 6{c} } } } } {} M = Mc + (Mbd − Mc).e (5-74) (xl = (o.đm - ((c (5-75) Điều kiện ban đầu: (bđ = (cc2 = (Ĩ) với t’ = t1 - to; (5-76) 23/26 Quá trình Độ truyền động điện Mbđ = Mcc2 = MĨ) với t’ = t1 - to; (5-77) Sự biến thiên ((t) M(t) trình bày hình 5-15 Từ (5-77): Mđg = M - Mc = J(.(1 - e-t/Tc) (5-78) ( = d(/dt = (BĐ(1 - e-t/Tc) (5-79) Ta thấy rằng, QTQĐ khởi động mômen động Mđg gia số ( không phụ thuộc Mc mà phụ thuộc vào (BĐ Tc Như cho trước hệ thống TĐĐ có Tc = const lại (BĐ, ta điều khiển QTQĐ cách tuỳ ý không phụ thuộc vào phụ tải * Đối với QTQĐ hãm đảo chiều: có Mđg ( tương tự trên, giảm (o(t) cách tuyến tính Mc = const ta có (BĐ < Ta lựa chọn quy luật biến thiên uBĐ(t) để tạo đặc tính mong muốn QTQĐ hệ thống TĐĐ Hệ thống Bộ biến đổi - động điện xoay chiều: Trường hợp hệ thống biến tần (BT) - động không đồng (ĐK), tác động điều khiển làm thay đổi điện áp tần số BT theo quy luật (thông thường theo quy luật uBT/fBT = const) Giả thiết bỏ qua ảnh hưởng sóng điều hòa bậc cao BT đến đặc tính Nhịp độ biến thiên uBT fBT đảm bảo cho: M < Mt (tức động làm việc đoạn đặc tính có s < st) Khi đó, thay đổi điện áp điều khiển BT đặc tính coi đường thẳng song song 24/26 Quá trình Độ truyền động điện Với giả thiết trên, hệ thống BT - ĐK xem hệ tuyến tính, nên ta dùng phương trình tuyến tính hệ BBĐ - ĐM để khảo sát cho hệ BT - ĐK Lúc này: fBT = kf.t ; và: (BT = d(o/dt = (2(/p).kf; (5-80) Quá trình độ điện - hệ tđđ: Đối với hệ mà động có điện cảm lớn số thời gian điện từ lớn, ta phải xét QTQĐ có Tc Tđt, gọi QTQĐ điện - hệ thống TĐĐ Ví dụ, khởi động trực tiếp động ĐMđl, Nếu điện cảm Lư mạch phần ứng xảy tượng đầu dòng điện phần ứng tăng vọt lên trị số dòng ngắn mạch sau giảm dần theo quy luật hàm mũ Nhưng thực tế, có Lư nên dòng điện không tăng đột biến Và QTQĐ diễn khác Ví dụ xét QTQĐ mạch phần ứng ĐMđl: Phương trình đặc tính độ mạch phần ứng: di- di- u- = i-.R- + L- dt + E = i-.R- + L- dt + Kφω; (5-81) Mặt khác: Mđg = M - Mc Ľ (5-82) Nên: M = Mc +Ġ (5-83) Suy ra: iư = Iư.c +Ġ (5-84) Đạo hàm (4-84) ta có: Ġ (5-85) Thay (5-84), (5-85) vào (5-81) ta có: u- = I-.c.R- + J.RKφ ⋅ dω dt + J.LKφ ⋅ d2ω dt2 + Kφω (5-86) 25/26 Quá trình Độ truyền động điện Biến đổi, ta có: T-.Tc ⋅ d2ω dt2 + Tc ⋅ dω dt + ω = ωxl (5-87) Trong đó: Tư = Lư/Rư - số thời gian điện từ mạch phần ứng Tc = J/( = (J.Rư)/(K()2 - số thời gian học (xl = (o - ((c = (o - (Iư.Rư)/K( - tốc độ xác lập Phương trình đặc tính (4-87): Tư.Tc.p2 + Tcp + = (5-88) Giải (5-88) ta có nghiệm: p1,2 = − 2T- − (4T- / Tc) ± √ 2T (5-89) - + Nếu: Tc ( 4Tư (5-88) có nghiệm thực âm: p1,2 = − α1,2 = ± √1 − (4T- / Tc) 2T- (5-90) Và ((t) biến thiên theo quy luật hàm mũ + Nếu: Tc < 4Tư (5-88) có nghiệm phức (phần thực âm): P1, = - α ± j? (5-91) Trong đó:Ġ (5-92) Và ((t) biến thiên theo quy luật hàm bậc hai (dao động) 26/26 [...]... M = Mmax Hình 5 - 10 biểu diễn quan hệ giữa mômen của động cơ với thời gian Trong đoạn thứ nhất M < Mc1, tốc độ giảm, lúc này động cơ làm việc nhờ động năng của khối lượng bánh đà 15/26 Quá trình quá Độ truyền động điện Đến đoạn thứ hai M > Mc2, mômen dư làm cho tốc độ tăng lên, tức làm tăng động năng dự trữ của truyền động điện Do đó Mmax của động cơ không nhất thiết phải bằng Mc.max, phần chênh lệch.. .Quá trình quá Độ truyền động điện Quá trình quá độ cơ học khi hãm: Xét QTQĐ cơ học khi hãm ngược: Hãm ngược, đối với động cơ điện một chiều (ĐM) thì thay đổi cực tính điện áp phần ứng, còn động cơ không đồng bộ 3 pha (ĐK) thì thay đổi thứ tự pha điện áp stato, vì dòng hãm ban đầu lớn nên cần phải thêm điện trở phụ (Rưf, R2f) để hạn chế dòng hãm không được vượt quá dòng cho phép (Ih.bđ... theo tốc độ (Rad/s.mm); si - diện tích (mm2) Quá trình quá độ cơ học khi Unguồn = var: Đây là QTQĐ trong hệ thống TĐĐ có bộ biến đổi - động cơ (BBĐ - ĐC) như hệ F ĐM, T - ĐM, KĐT - ĐM, BT - ĐK, Các hệ thống này thường điều chỉnh các thông số nguồn: thay đổi điện áp nguồn (thay đổi Uư, Us ) 20/26 Quá trình quá Độ truyền động điện Khi tác động điều khiển không đổi, hệ thống tương tự như khi có điện áp... thẳng và song song với nhau Quá trình quá độ có thể mô tả theo phương trình vi phân tuyến tính sau: dw Tc dt + w = wxl (5-60) Trong đó: wxl(t) = wo(t) − Mc β wo(t) = = wo(t) − wxl(t) uBD(t) kf (5-61) Các giá trị điện áp uBĐ(t) khác nhau sẽ có các QTQĐ khác nhau trong hệ thống TĐĐ * Để đơn giản, xét QTQĐ khi khởi động BBĐ - ĐM có: 21/26 Quá trình quá Độ truyền động điện Điện áp bộ biến đổi: uBĐ(t) =... có thể xác định: M1 + M c 2 + Mc ttn = Tcln M (5-32) Trên hình 5-8b trình bày đồ thị tốc độ, mômen và thời gian khi hãm Cuối quá trình hãm (( ( 0) gia tốc vẫn khác không Do đó muốn dừng động cơ thì lúc đó ta phải cắt động cơ ra khỏi lưới Xét QTQĐ cơ học khi hãm động năng: Có thể coi quá trình hãm động năng là trường hợp riêng của quá trình hãm ngược khi M2 = 0 (I2 =0) lúc ( = 0 Vì vậy có thể khảo sát... như khi tính toán quá trình khởi động, đối với quá trình hãm thì các đặc tính cơ phi tuyến như ĐMnt hay ĐKdq cũng được thay thế bằng đoạn đặ tính tuyến tính hoá từ -M1 đến -M2 như hình 4-8a Phương trình của một đoạn thẳng ấy có dạng: ( = - (bđĮ (5-17) 11/26 Quá trình quá Độ truyền động điện Mômen hãm ban đầu có giá trị cực đại: Mh.bđ = - M1 ( Mcp (M1 ( 2,5Mđm) Khi biết giá trị dòng điện cho phép, ta... nhưng đơn giản và tiện lợi hơn phương pháp giải tích Phương trình chuyển động: Mđông(() = Mđg(() = M - Mc Ľ (5-55) Coi J = const, rút ra: Ġ (5-56) Lấy tích phân gần đúng:Ġ (5-57) 19/26 Quá trình quá Độ truyền động điện Trong khoảng (t nhỏ có thể coi Mđộng(() ( const, do đó: Dwi Dti»J M dg.tbi (5-58) Trong đó: ((i = (i - (i-1 Mđg.tbi là mômen động trung bình trong khoảng ((i Đặt:Ġ; vàĠ chính là diện tích... Khi đó, thay đổi điện áp điều khiển bộ BT thì đặc tính cơ có thể coi là những đường thẳng song song nhau 24/26 Quá trình quá Độ truyền động điện Với những giả thiết trên, hệ thống BT - ĐK có thể xem là hệ tuyến tính, nên ta có thể dùng các phương trình tuyến tính ở hệ BBĐ - ĐM trên để khảo sát cho hệ BT - ĐK Lúc này: fBT = kf.t ; và: (BT = d(o/dt = (2(/p).kf; (5-80) Quá trình quá độ điện - cơ trong... = 0 (I2 = 0) và ( = 0 Quá trình quá độ cơ học khi Mc(t) biến đổi nhảy cấp: Các trương hợp trên ta xét với Mc(t) là liên tục Nhưng thực tế có Mc(t) thay đổi, tờn hióỷuường gặp là Mc(t) thay đổi kiểu nhảy cấp (đột biến) chu kỳ như: máy bào, máy đột dập * Một chu kỳ đơn giản của Mc(t) gồm có 2 giai đoạn: + Một giai đoạn có tải: tương ứng Mc1, t1 14/26 Quá trình quá Độ truyền động điện + Một giai đoạn... xác định từ phương trình cân bằng điện áp phần ứng với I = Icp trên đặc tính tự nhiên: K?(Icp) = U − Icp.Ru wtn1 (5-20) Trong đó: (tn1 là tốc độ trên đặc tính cơ tự nhiên khi I = Icp Do đó: Ebđ = (U - Icp.Rư)Į (5-21) 12/26 Quá trình quá Độ truyền động điện + Điểm cuối của quá trình hãm được xác định bởi giá trị M2 (hoặc I2) và ( = 0 Đối với ĐMnt, M2 được xác định nhờ trị số dòng điện tương ứng: I2 ... hãm: Mc = const, Mc ( ( + Động ĐKls khởi động trực tiếp với phụ tải kiểu quạt gió Mc ( (2 6/26 Quá trình Độ truyền động điện Quá trình độ học khởi động: Xét QTQĐ học khởi động với M(() tuyến tính,... giản, ta xét QTQĐ khởi động cấp điện trở phụ mạch rôto động điện chiều kích từ độc lập (hình 5-5a) khởi động m = cấp: có giai đoạn QTQĐ khởi động: 7/26 Quá trình Độ truyền động điện * Giai đoạn 1:... 10/26 Quá trình Độ truyền động điện Quá trình độ học hãm: Xét QTQĐ học hãm ngược: Hãm ngược, động điện chiều (ĐM) thay đổi cực tính điện áp phần ứng, động không đồng pha (ĐK) thay đổi thứ tự pha điện