báo cáo thực hành truyền động điện 2

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ đượcgọi là động cơ kích từ độc lập

BÁO CÁO THỰC HÀNH TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

-Cung cấp cho sinh viên kiến thức về hệ truyền động động cơ điện một chiều

-Vẽ và phân tích các dạng đường đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều

II, Yêu cầu

Về kiến thức

-Xây dựng đặc tính cơ động cơ tự nhiên động cơ điện một chiều

-Xây dựng đặc tính cơ động cơ của động cơ điện một chiều khi giảm điện áp phần ứng

-Xây dựng đặc tính cơ động cơ của động cơ điện một chiều khi điều chỉnh biến trở phần ứng

-Xây dựng đặc tính cơ động cơ của động cơ điện một chiều khi giảm từ thông

-Xây dựng đặc tính cơ động cơ của động cơ điện một chiều khi hãm tái sinh

-Xây dựng đặc tính cơ động cơ của động cơ điện một chiều khi hãm động năng kích

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ đượcgọi là động cơ kích từ độc lập (hình 2.2)

- Phương trình đặc tính cơ của động cơ 1 chiều:

1, Cách xây dựng đặc tính cơ động cơ tự nhiên động cơ điện một chiều.

Vì đặc tính của động cơ là đường thẳng nên khi vẽ ta chỉ cần xác định hai điểm của đường thẳng Ta thường chọn điểm không tải lý tưởng và điểm định mức.-Đặc tính cơ điện:

ω đm

Điểm thứ hai: M =M đm ,ω=ω đm

2, Xây dựng đặc tính cơ động cơ của điện một chiều khi giảm điện áp phần ứng.

Giả thiết từ thông Ф =Ф đm=const, điện trở phần ứng R ư=const Khi thay đổi điện

áp theo hướng giảm so với U đm ,ta có:

Tốc độ không tải: ω ox= U x

KФФ đm=var

Độ cứng đặc tính cơ:

3, Xây dựng đặc tính cơ động cơ của điện một chiều khi điều chỉnh biến trở phần ứng.

Giả thiết U ư=U dm=const và Ф =Ф dm=const

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng

Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

ω o= U đm

KФФ đm const

Độ cứng của đặc tính cơ: β = ∆ M ∆ ω=−(KФФ đm)2

R ư+R f = varKhi R f càng lớn , β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc Ứng với R f=0 ta có đặctính cơ tự nhiên:

β TN=−(KФФ đm)2

R ư

β TNcó giá trị lớn nhất đối với một động cơ

Như vậy khi thay đổi điện trở phụ ta được một họ đường đặc tính biến trở códạng như hình vẽ Ứng với mỗi phụ tải Mc nào đó, nếu điện trở phụ càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.

4, Xây dựng đặc tính cơ động cơ của điện một chiều khi giảm từ thông.

Giả thiết điện áp phần ứng U ư=U đm=const Điện trở phần ứng R ư= const Muốn thayđổi từ thông ta thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ I kt động cơ

+Đặc tính cơ điện

Khi giảm từ thông tốc độ không tải động cơ tăng tỷ lệ với độ suy giảm của từ

thông, còn dòng điện ngắn mạch I nmgiữ không đổi Vì vậy khi vẽ đặc tính cơ điện

ta chỉ cần xác định hai điểm: Điểm không tải lý tưởng ứng với giá trị suy giảm từthông và điểm còn lại là dòng ngắn mạch

Gọi độ suy giảm từ thông là x= Ф đm

Ф ta có ω ox=ω oTN x là giá trị tốc độ không tải khi giảm từ thông

Dòng điện ngắn mạch I nm được tính: I nm=U ưdm

R ư

5, Xây dựng đặc tính cơ động cơ khi hãm tái sinh của động cơ điện một chiều.

-Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng

-Khi hãm tái sinh Eư > Uư, động cơlàm việc như một máy phát địên song song vớilưới So với chế độ động cơ dòng điện và mômen cản đã đổi chiều và được xác định theo biểu thức:

6, Xây dựng đặc tính cơ động cơ khi hãm động năng kích từ độc lập của động

cơ điện chiều.

Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích luỹ được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt

+Hãm động năng kích từ độc lập: Khi động cơ đang quay muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ khỏi lưới điện một chiều, và đóng vào một điện trở hãm, còn mạch kích từ vẫn nối với nguồn như cũ Mạch điện động cơ khi hãm động năng được trình bày như hình vẽ

Tại thời điểm ban đầu, tốc độ động cơ vẫn có giá trị ω hđ nên:

Đây là các phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập.Ta nhận thấy rằng: Khi const = Φ thì độc ứng của đặc tính cơ hãm phụ thuộc vào R h Khi R hcàng nhỏ, đặc tính cơ càng cứng, mômen hãm càng lớn, hãm càng nhanh

Tuy nhiên cần chọn R hsao cho dòng hãm ban đầu nằm trong giới hạn cho phép:

I hđ ≤(2 ÷2,5) I đm

IV Thí nghiệm

1 Mô tả bàn thí nghiệm

-Bộ phụ tải động: bao gồm 2 máy phát điện một chiều G1 và G2 được nối như sơ

đồ, hai máy phát nối cứng trục với 2 động cơ trong đso động cơ thí nghiệm M2 (ĐCMC) nối với máy phát G2 và một động cơ M1 (KĐB) dùng để kéo máy phát G1 có tốc độ không đổi Tổ máy M1-G1 có tốc độ không đổi trong suốt quá trình

Để xác định trị số khác nhau của tốc độ tương ứng với các trị số của dòng điện mạch phần ứng hoặc mô men trên trục động cơ, ta không thể dùng phanh hãm điện

từ hay phanh cơ khí gắn vào trục động cơ thí nghiệm, cũng không thể dùng máy phát điện 1 chiều có phần ứng nối với điện trở phụ để làm tải tĩnh được mà ta phải dùng một hệ thống phụ tải động tức

+ Ấn CB1 cấp điện cho toàn mạch

+ Ấn Start 1 cấp nguồn cho hệ thống – khi đó các đèn Đ1, Đ2, Đ3 sẽ sáng.+Ấn Start 2 để khởi động động cơ thí nghiệm,sau khoảng 5s đóng chuyển mạch SW2 lên để loại điện trở khởi Rs khỏi mạch phần ứng động cơ thí nghiệm M2, hoàn thành khởi động động cơ

+Đóng atomat CB5 lên cấp điện cho kích từ động cơ Tiếp theo đóng atomatCB4 cấp điện cho kích từ máy phát Để VR3 ở thang nhỏ nhất

+Đóng CB2 mở tổ máy có tốc độ không đổi M1-G1: đóng CB3 cấp điện chođộng cơ KĐB M1 – Hòa đồng bộ 2 tổ máy: điều chỉnh kích từ VR1 và VR2 sao cho điện áp 2 vôn kế V3- V4 băng nhau

+Đóng chuyển mạch SW1 để hòa đồng bộ 2 tổ máy Tinh chỉnh VR1 và VR2 để chỉ số ampe kế A7 =0 Dòng điện trong mạch phần ứng của máy phát G1-G2:

I t=E G 2−E G 1

R u 1+R u 2 = 0Lúc này hệ thống làm việc ở chế độ không tải Kết thúc quá trình hòa đồng bộ

0 1 2 3 4 5 6 7 0

đặc tính cơ tự nhiên đặc tính cơ tự nhiên

Nhận xét:đường đặc tính cơ tự nhiên qua thực nghiệm đo đạc giống như ở trong

lý thuyết

b) Xây dựng đặc tính cơ giảm từ thông

Đặc tính cơ giảm từ thông của động cơ là đặc tính cơ khi động cơ được vận hành với từ thông nhỏ hơn từ thông định mức thông qua việc giảm giá trị dòng kích từ xuống dưới giá trị dòng kích từ định mức

+ Tăng giá trị của biến trở VR3 nhằm làm giảm từ thông của M2

(0,2 A ≤ I kt¿ – nhìn đồng hồ A7 tiến hành lấy thông số I t(A) và đo tốc độ động

0 0.5 1 1.5 2 2.5 0

đặc tính cơ tự nhiên giảm từ thông đặc tính cơ tự nhiên giảm từ thông

Nhận xét: Khi giảm từ thông của động cơ thì đường đặc tính sẽ lớn hơn đường đặc tính cơ tự nhiên

c) Xây dựng đặc tính cơ giảm điện áp phần ứng

Nguyên nhân có thể do:

+/Trong quá trình đo tốc độ máy hiển thị không chính xác( chưa đạt tốc độ ổn định đã ghi số liệu,người đo không cầm chắc mắc, )

+/Giảm điện áp phần ứng chưa đủ

+/Quá trình ghi chép số liệu chưa chính xác

d) Xây dựng đặc tính cơ biến trở

Đặc tính cơ biến trở của động cơ là đặc tính cơ khi động cơ được vận hành với điên trở phụ mắc nối tiếp vào mạch phần ứng của động cơ

+ Mở SW2 làm hở mạch Rs, nối Rs vào mạch phần ứng động cơ

→ nhìn đồng hồ A7 lấy thông số I t(A) và đo tốc độ động cơ (N)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0

đặc tính cơ tự nhiên đặc tính cơ biến trở đặc tính cơ tự nhiên đặc tính cơ biến trở

e) Xây dựng đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập

Khi động cơ đang quay muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi nguồn 1 chiều và đóng điện trở hãm vào Mạchkính từ vẫn nối với nguồn cũ

Lúc này G1 làm việc ở chế độ máy phát, G2 làm việc ở chế độ động cơ G1 cấp điện cho G2 quay kéo M2 quay tạo điện năng, tiêu tán trên điện trở hãm Rb

+Ấn STOP2 để ngắt động cơ M2 ra khỏi nguồn 1 chiều và ấn START4 để thực hiện chế độ hãm động năng

+ Tăng giá trị VR1 →giảm I kt →giảm E G 1→giảm I t→ Ngiảm

0 2 4 6 8 10 12 0

131.62 136.75 131.3

115.6 102.72

hãm động năng

f) Xây dựng đặc tính cơ khi động cơ được hãm tái sinh

Đối với động cơ điện một chiều, để thực hiện hãm tái sinh: điện áp phần ứng phải lớn hơn điện lưới cấp vào phần ứng động cơ Trong trường hợp này động

cơ thí nghiệm M2 cần quay nhanh hơn tốc độ không tải lý tưởng (w >w o)

→ G2 làm ở chế độ động cơ, G1 làm ở chế độ máy phát

+ Tăng VR2 → giảm I ktG 2 →giảm E G 2→E G 1 >¿E G 2¿→I ttăng→ G2 quay nhanh hơn tốc độ không tải lý tưởng kéo theo M2 quay nhanh hơn tốc độ không tải lý tưởng

Với mỗi I t ta lấy được tốc độ N động cơ

0 2 4 6 8 10 12 0

Từ kết quả đo, ta có thể thấy các đặc tính gần giống lý thuyết

Phần khác biệt khi giảm điện áp phần ứng có thể do:

+/Trong quá trình đo tốc độ máy hiển thị không chính xác( chưa đạt tốc độ ổn định đã ghi số liệu,người đo không cầm chắc mắc, )

+/Giảm điện áp phần ứng chưa đủ

+/Quá trình ghi chép số liệu chưa chính xác

BÀI 2 Thực hành truyền động động cơ điện 3 pha không đồng bộ

-Xây dựng đặc tính cơ động cơ tự nhiên động cơ điện 3 pha không đồng bộ

-Xây dựng đặc tính cơ động cơ của động cơ điện 3 pha không đồng bộ khi giảm điện

-Ba pha động cơ là đối xứng

-Nguồn xoay chiều hình sin ba pha đối xứng

-Trở kháng không thay đổi theo nhiệt độ

-Tổng dẫn mạch từ không đổi, dòng từ hóa chỉ phụ thuộc điện áp vào stator

-Bỏ qua tổn thất do ma sát ổ đỡ trong lõi thép

Trong đó:

U1ph hay U1f : là trị số hiệu dụng của điện áp pha stator (V)

I’2 : là dòng roto đã quy đổi về stator (A)

Iμ : là thành phần dòng điện từ hóa

I1 : là dòng điện pha dây quấn stator

Xμ , X1δ, X’2δ : là điện kháng mạch từ, điện kháng tản stator, điện kháng tản roto đã quy đổi về stator

Rμ, R1, R’2 : là điện trở mạch từ, điện trở dây quấn pha stator, roto đã quy đổi về stator

s: là hệ số trượt của động cơ

f1: tần số của điện áp nguồn đặt vào stator (Hz)

p: số đôi cực của động cơ

Ngoài ra nếu gọi f2 là tần số của dòng điện roto thì f2 = s f1

Ta có:

I2’= U1

√ ¿ ¿ ¿  I’2 = f(s)

Biểu thị đặc tính cơ điện theo quan hệ I1 = f(ω)

Momen tới hạn: Mth = ± 3 U1

2

2 ω0[R1±√R12+X nm2 ]

-Đoạn thứ nhất, từ điểm ω0 đến điểm tới hạn TH s = sth : gọi là “đoạn công tác”, có

β <0 , động cơ chỉ làm việc xác lập trên đoạn này

-Đoạn thứ hai, từ điểm tới hạn TH đến điểm ngắn mạch s= 1 có β>0, chỉ tồn tịa trong giai đoạn khởi động hoặc quá độ

sđm = ω0 −ω đm

ω0

a,Thay đổi biến trở R 2

Khi thay đổi Rf mạch rôto thì

sth = R2

'

√R12+X nm2 = r2+ ¿' R f '

√R12 +X nm2 ¿ = Rf

2

2ω0[R1±√R12+X nm2 ] = const

ω0 = const

b,Thay đổi điện áp Stator

Khi thay đổi U1 thì

6.Các trạng thái hãm cảu động cơ không đồng bộ

a,Hãm tái sinh

-Hạ tải ở các máy nâng hạ( cầu tháp, vận thăng, cầu trục…)-Giảm tần số dòng điện stato đột ngột

Momen tới hạn hãm động năng Mth.dn = 3 I12 X2μ

2ω0(X¿ ¿μ +X '2) ¿

II, Thí nghiệm

1,Mô tả bàn thí nghiệm

Bộ phụ tải động: bao gồm 2 máy phát điện một chiều G1 và G2 được nối như sơ

đồ, hai máy phát nối cứng trục với 2 động cơ, trong đó động cơ thí nghiệm M2 (ĐCMC) nối với máy phát G2 và một động cơ M1 (KĐB) dung để kéo máy phát G1 có tốc độ không đổi Tổ máy M1-G1 có tốc độ không đổi trong suốt quá trình nên được gọi là “ tổ máy có tốc độ không đổi ” Để xác định các trị số khác nhau của tốc độ tương ứng với các giá trị số của dòng điện amchj phần ứng hoặc momentrên trục động cơ, ta không thể dung phanh hãm điện từ hay phanh cơ khí gắn vào trục động cơ thí nghiệm, cũng không thể dung máy phát điện 1 chiều có phần ứng nối với một điện trở phụ để làm tải tĩnh được mà ta phải dung hệ thống phụ tải động tức là hệ thống gồm các máy phát điện 1 chiều nối theo sơ đồ máy phát – động cơ M-G như sơ đồ nguyên lý trên

Tăng giá trị biến trở VR1, khi đó từ thông của máy phát G1 sẽ giảm, sức điện độngcủa máy phát G2 giảm, dòng điện trong mạch phần ứng của máy phát G1-G2:

It = E G 2−E G 1

R ư 1+R ư 2 >0Lúc này hệ M1-G1 sẽ là phụ tải của hệ M2-G2 Trong trường hợp này máy phát G2 hoạt động ở chế độ máy phát, máy phát G1 hoạt động ở chế độ động cơ, dòng điện trong mạch phân fuwngs sẽ có chiều đi từ G2 sang G1

Bỏ qua tổn hao momen trên đầu trục động cơ ta có thể coi momen của động cơ thí nghiệm M2 bằng momen của máy phát F2:

MM2 = MF2 = KØITrong đó:

It : là dòng điện chạy trong mạch phần ứng của 2 máy G1, G2 ( hiển thị trên A7)

KØ : tính từ phương trình đặc tính cơ của động cơ 1 chiều

Bằng cách này ta có thể đo được momen trên đầu trục động cơ thí nghiệm M2 trong các trường hợp thí nghiệm

Ứng với mỗi giá trị It ta đo được 1 giá trị tốc độ trên đầu trục động cơ

2.Các thiết bị thí nghiệm

Tiến hành khởi động độc lập từng tổ máy

-Mở tổ máy động cơ thí nghiệm và máy phát M2-G2: đóng aptomat CB4 cấp điện cho kích từ máy phát Để VR3 ở giá trị nhỏ nhất

-Mở tổ máy có tốc độ không đổi M1-G1: Đóng aptopmat CB3 cấp điện cho động

cơ KĐB và điều chỉnh kích từ cho máy phát G2, VR1 để ở giá trị nhỏ nhất

Hòa đồng bộ 2 tổ máy: Điều chỉnh kích từ VR1 và VR2 sao cho điện áp trên 2 vôn

kế V3 và V4 bằng nhau

-Đóng chuyển mạch SW1 để hòa đồng bộ 2 tổ máy Tinh chỉnh VR1 và VR2 để chỉ số trên ampe kế A7 bằng 0 Dòng điện trong mạch phần ứng của máy phát G1-G2:

It = E G 2−E G 1

R ư 1+R ư 2 = 0Lúc này hệ thống làm việc ở chế độ không tải

-Ngắt SW2 ( đưa điện trở phụ vào mạch roto động cơ)

-Ấn nút START1 cấp điện cho toàn mạch

-Đóng cắt CB2

-Ấn nút START2 khởi động động cơ thí nghiệm M2

-Đóng SW2 ( loại điện trở phụ ra khỏi mạch roto động cơ)

-Thực hiện hòa đồng bộ

*/Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên của động cơ

Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ là đặc tính cơ khi động cơ được vận hành ở chế

độ định mức ( điện áp định mức và không nối thêm các điện trở, điện kháng phụ của động cơ) Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có thể làm việc định mức ứng với cặp giá trị ( Mđm, ωđm)

Tăng giá trị biến trở VR1, khi đó từ thông của máy phát G1 sẽ giảm, sức điện độngcủa máy phát G2 giảm, dòng điện trong mạch phần ứng của máy phát G1-G2

It = E G 2−E G 1

R ư 1+R ư 2 >0Lúc này hệ M1-G1 sẽ là phụ tải của hệ M2-G2

Tăng giá trị VR1 để tạo tải cho động cơ

Thực hiện lấy giá trị tốc độ và momen động cơ

*/Xây dựng đặc tính cơ biến trở của động cơ

Đặc tính cơ biến trở của động cơ là đặc tính cơ khi động cơ được vận hành với mức điện trở phụ 3 pha mắc nối tiếp vào phía roto của động cơ ( điện ấp định mức )

Mở SW2 để nối tiếp điện trở vào roto động cơ

Thực hiện lấy giá trị tốc độ và momen động cơ

ω (rad/s 99.79 97.38 94.87 25 91.62 60

25

60 101.2

Nhận xét:đường đặc tính cơ biến trở của động cơ qua thực nghiệm đo đạc giốngnhư ở trong lý thuyết

*/Xây dựng đặc tính giảm điện áp stator

Đặc tính cơ giảm điện áp stator của động cơ là đặc tính cơ khi động cơ được vận hành cới điện áp nhỏ hơn điện áp định mức đặt vào phần ứng ( từ thông định mức

và không nối thêm điện trở phụ )

Vặn biến áp tự ngẫu TRANS nhằm thay đổi giá trị điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Uư = 240 V

ω (rad/s) 101.98 101.04 100.54 15 65 100.04

Nhận xét:đường đặc tính cơ giảm điện áp phần ứng qua thực nghiệm đo đạc giống như ở trong lý thuyết

ω(rad/s) 103.87 104.40 104.93 105.45 105.76 106.30

-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 00 0.5 1 1.5 2

20 40 60 80 100 120 140 160

104.08 103.7 102.6

25 60

101.2 103.87

104.4 104.93

105.45 105.76

-Khởi động hệ thống, hòa đồng bộ

-Tăng giá trị VR1 tạo tải (Mt : momen tải) cho động cơ thí nghiệm M2

-Ấn STOP2 để ngắt động cơ M2 ra khỏi nguồn 1 chiều và ấn START4 để thực hiện chế độ hãm động năng