Chế tạo panel điều khiển động cơ điện một chiều

Chế tạo panel điều khiển động cơ điện một chiều

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày 14 tháng 06 năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Thu Hằng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hưng Yên, ngày 14 tháng 06 năm 2013

Giáo viên phản biện Trần Xuân Tiến

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang trên con đường tiến lên công nghiệp hoá - hiện đại hoá theo địnhhướng xây dựng chủ nghĩa xã hội Đảng ta đã đề ra ba cuộc cách mạng, trong đó cuộccách mạng khoa học kỹ thuật là then chốt để tạo ra của cải cho xã hội

Trong giai đoạn công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, con người không thểthiếu máy móc bởi vì nó là một phương tiện từ trước đến nay đã giúp đỡ con ngườigiải quyết được nhiều vấn đề mà con người không có khả năng thực hiện được

Hiện nay, chúng em là những sinh viên đã và đang theo học tại Trường ĐHSPKT Hưng Yên được trang bị những kiến thức cần thiết về lý thuyết lẫn tay nghề đểsau này với vốn kiến thức đã được trang bị của chúng em có thể góp một phần nhỏ bé

để làm giàu cho đất nước Thời gian vừa qua chúng em được giao đề tài:” Chế tạo

panel điều khiển động cơ điện một chiều” Sau khi nhận đề tài với sự chỉ bảo tận

tình của cô giáo hướng dẫn Nguyễn Thị Thu Hằng , thầy Nguyễn Văn Thắng và các

thầy cô trong khoa.Với sự lỗ lực của mình, chúng em đã hoàn thành đề tài Tuy nhiêntrong quá trình làm việc mặc dù đã cố gắng hết sức do trình độ có hạn và còn ít kinhnghiệm, nên không thể tránh sai sót Vậy chúng em kính mong sự chỉ bảo của thầy cô

để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giúp đỡ em hoàn thành đề

tài này

MỤC LỤC

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 Khái niệm chung.

1.1.1 Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều.

Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện , nó được sử dụng rộng trong hệ thống đòi hỏi có

độ chính xác cao vùng điều chỉnh rộng và quy luật điều chỉnh phức tạp Cùng với sự tiến bộ của văn minh nhân loại chúng ta có thể chứng kiến sự phát triển rầm rộ kể cả

về quy mô lẫn trình độ của nền sản xuất hiện đại Trong sự phát triển đó ta cũng có thể

dễ dàng nhận ra và khẳng định rằng điện năng và máy tiêu thụ điện năng đóng vai trò quan trọng không thể thiếu được Nó luôn đi trước một bước làm tiền đề nhưng cũng làm mũi nhọn quyết định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp Không một quốc gia nào ,một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện

a Khái niệm

Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện từ quay,làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòngđiện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng điện (vào dâydẫn) và làm dây dẫn chuyển động Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng

b Cấu tạo

Gồm hai phần: - Phần đứng yên (gọi là phần tĩnh )

- Phần chuyển động (gọi là phần quay )

Hình 1.1 Cấu tạo chung của động cơ điện một chiều

1.1.2 Ưu điểm của động cơ một chiều.

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: Để sản xuất, để truyền tải , cả máyphát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vậnhành, mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổbiến Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định như trong côngnghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liêntục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ).Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì

giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phứctạp hơn nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thểthiếu trong nền sản xuất hiện đại.

Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máyphát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất của động

cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bản thân động cơkhông đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí cácthiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiềukhông những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điềukhiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao

Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75% ÷

85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94% Công suất lớnnhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng vài trămcho đến 1000v Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh

tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn hơn đó là cả một vấn đề rộng lớn

và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình trong phạm vi đề tài này

em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ điều chỉnhtốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều kích từ độc lập Phương pháp được chọn là

bộ băm xung đây có thể chưa là phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhấtnhưng nó được sử dụng rộng rãi bởi những tính năng và đặc điểm mà ta sẽ phân tích

và đề cập sau này

1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.

1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phầnđộng

Hình 1.2 Sơ đồ cắt dọc và ngang của động cơ điện một chiều

a Phần tĩnh hay stato.

Hay còn gọi là phần kích từ động cơ,là bộ phận sinh ra từ trường Gồm có mạch

từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằng namchâm điện)

- Mạch từ được làm bằng sắt từ

- Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện

từ (êmay).Các cuộn dây điện từ này được nối tiếp với nhau

Hình 1.3 Đây là phần đứng yên của máy

Cực từ chính

Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồngngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thépcacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thépkhối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấnbằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành mộtkhối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặttrên các cực từ này được nối tiếp với nhau

Hình 1.4.Đây là cực từ chính của động cơ

Cực từ phụ.

Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõithép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dâyquấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máynhờ những bulông

Gông từ.

Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trongđộng cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớnthường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

Các bộ phận khác.

Bao gồm:

- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn

và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn cótác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang

- Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi thanbao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp Hộpchổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thểquay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thìdùng vít cố định lại

b Phần quay hay rôto.

Bao gồm những bộ phận chính sau là

Phần sinh ra suất điện động có mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩthuật ) xếp lại với nhau Trên mạch từ có rãnh để lồng dây quấn phần ứng (làm bằngdây điện từ )

Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một quy luật nhấtđịnh Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiếnđồng gọi là phiến góp

Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góphay vành góp

Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành

cổ góp nhờ lò xo

Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo của rôto

Lõi sắt phần ứng.

Dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủcách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên.Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió đểkhi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ,giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làm việc gióthổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thể tiếtkiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

Hinh 1.6 Đây là lõi sắt của động cơ

Dây quấn phần ứng.

Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạyqua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điệnnhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa

và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnhcủa lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặthoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

Hình 1.7 Dây quấn phần ứng.

Cổ góp.

Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ góp gồm nhiềuphiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm vàhợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặtlại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vành góp nhô cao lênmột ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng

Hình 1.8 Cổ góp và phiến góp của động cơ điện một chiều

1.2.2.Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Động cơ điện có hai nguồn năng lượng là

- Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh ra từ thông kích từ

- Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp

của phần ứng

Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có điện.Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôtoquay Chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.Quy tắc bàn tay trái làđịnh hướng của lực do một từ trường tác động lên một đoạn mạch có dòng điệnchạyqua và đặt trong từ trường.Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào longbàn tay,chiều từ cổ tay dến ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cáichoãi ra 900 chỉ chiều của lực điện từ.

Khi phần ứng quay được nửa vòng ,vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau Do cóphiếu góp nhiều dòng điện giữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay Các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiềucủa suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải ,ở động cơ chiếu sức điệnđộng Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động

Phương trình cân bằng điện áp

U = E ư + R ư I ư +I ư dt

di

Hình1.9.Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều

1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và mômenquay của động cơ:

1.4 Phân loại.

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta

phân loại theo cách kích thích từ các động cơ Theo đó ứng với mỗi cách ta có các loại động cơ điện

Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng.

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Động cơ điện một chiều kích từ song song

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi, mạch kích

từ được mắc song song với mạch phần ứng nên

1.4.4 Kích từ hỗn hợp.

Ta có: I = Iu +It

Với mỗi loại động cơ trên là tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điềukhiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố, ở đề tài này tachỉ xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu hiệu nhất để điềukhiển loại động cơ này

1.5 Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều.

Đặc tính cơ n = f(M) của động cơ điện một chiều

C

R.IU

MR

φ (1-2)Trong truyền động điện lực một vấn đề tương đối quan trọng đặt ra là phải phốihợp tốt đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của tải hoặc của máy công tác Tùytheo tính chất của truyền động có thể có những yêu cầu khác nhau đối với động cơđiện, ví dụ tốc độ không thay đổi hoặc thay đổi nhiều khi mômen cản thay đổi và đểthỏa mãn những yêu cầu đó cần phải dùng các loại động cơ điện khác nhau có đặc tính

Cũng như vậy, khi xảy ra sự giảm tốc độ đột nhiên Mc< M động cơ điện đượcgia tốc và đạt tốc độ nlv Đây là trường hợp động cơ làm việc ổn định và từ đó ta thấyđiều kiện làm việc ổn định của động cơ như sau

Từ biểu thức (1-2) ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều

có thể thực hiện được bằng cách thay đổi các đại lượng từ thông φ,điện trở phần ứng

Rư, và điện áp U

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông được áp dụng tươngđối phổ biến, có thể thay đổi tốc độ được liên tục và kinh tế Trong quá trình điềuchỉnh hiệu suất η ≈ Cte vì sự điều chỉnh dựa trên việc tác dụng lên mạch kích thích cócông suất rất nhỏ so với công suất động cơ Cần chú ý rằng, bình thường động cơ làmviệc ở chế độ định mức với kích thích tối đa (φ=φmax) nên chỉ có thể điều chỉnh theochiều hướng giảm từ thông, tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức

và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiều củamáy

Phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện áp cũng chỉ cho phépđiều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp hơn điện

áp định mức của động cơ điện Phương pháp này không gây thêm tổn hao trong động

cơ điện, nhưng đòi hỏi phải có nguồn riêng có điện áp điều chỉnh được

1.6 Các phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.

1.6.1 Khái niệm chung.

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều là rất quan trọng nó có thể giúp ta dễ dàng chọn lựa phương phù hợp cho từng hệ thống riêng biệt

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiềubao giờ cũng cần có bộ biến đổi Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động cơhoặc mạch kích từ động cơ Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng bốn biến đổichính:

- Bộ biến đổi máy điện : Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặcmáy điện khuếch đại (KĐM).

- Bộ biến đổi điện từ: Khuyếch đại từ (KĐT)

- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu tiristo (CLT)

- Bộ biến đổi xung áp một chiều: Tiristo hoặc tranzito (BBĐXA)

Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như:

- Hệ truyền động máy phát - động cơ (F-Đ)

- Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐkĐ-Đ)

- Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT-Đ)

- Hệ truyền động chỉnh lưu tiristo - động cơ (T-Đ)

- Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA-Đ)

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơmột chiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự động)

và loại điều khiển mạch hở (hệ truyền động điều khiển “hở”) Hệ điều chỉnh tự độngtruyền động điện có cấu trúc phức tạp, nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điềuchỉnh rộng hơn so với hệ truyền động “hở”

Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn được phânloại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay Đồng thời tuỳthuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở một gócphần tư, hai góc phần tư, và bốn góc phần tư

1.6.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông φ.

Nếu tăng điện trở rđc trên mạch kích từ ứng với các trị số khác nhau của điện trởkích thích ta có các đặc tính cơ tương ứng Các đường đó có tốc độ lớn hơn tốc độđịnh mức và có độ nghiêng khác nhau và sẽ giao nhau trên trục hoành tại điểm ứng

với dòng điện rất lớn Iư = Ru

U

Giao điểm của đường mômen cản của tải Mc = f(n) với các dường trên cho biếttốc độ xác lập ứng với các trị số khác nhau của từ thông

Do điều kiện đổi chiều, các động cơ thông dụng hiện nay có thể điều chỉnh tốc

độ quay bằng phương pháp này trong giới hạn 1 : 2

Cũng có thể sản xuất động cơ giới hạn điều chỉnh 1:5 thậm chí đến 1:8 nhưngphải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và công nghệ chế tạophức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên

1.6.3 Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ R f trên mạch phần ứng.

Nên nói thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng, thì biểu thức (1-5) trở thành:

M ) R R ( u + f

Các đặc tính cơ ứng với các trị số khác nhau của Rf = 0 là đặc tính cơ tự nhiên

Ta thấy rằng nếu Rf càng lớn thì tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải thay đổi Cũng nhưtrên, giao điểm của những đường đó với những đường M0 = f(n) cho biết trị số tốc độxác lập khi điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ Rf

1.6.4 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp.

Phương pháp này chỉ áp dụng được đối với động cơ điện một chiều kích từ độc

lập hoặc động cơ điện kích từ song song làm việc ở chế độ kích từ độc lập Việc cung cấp điện áp có thể điều chỉnh được cho động cơ từ một nguồn độc lập được thực hiện trong kỹ thuật bằng cách ghép thành tổ máy phát - động cơ

Uđm > U2 >U3 ứng với U4 > Uđm

Nói chung vì không cho phép vượt quá điện áp định mức nên việc điều chỉnh tốc

độ trên tốc độ định mức không được áp dụng hoặc chỉ được thực hiện trong phạm virất hẹp Đặc điểm của phương pháp này là điều chỉnh tốc độ, mômen không đổi vì từthông Φ và dòng điện phần ứng Iư đều không đổi Sở dĩ dòng điện phần ứng khôngđổi là vì khi giảm điện áp U, tốc độ n giảm làm sức điện động E cũng giảm nên

Iư

Ngày nay, tổ máy phát – động cơ thường dùng trong các máy cắt kim loại và máy cán thép lớn để đưa tốc động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn rộng rãi 1:10 hoặc hơn nữa

1.6.5 Phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn nhưmáy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển … Các thiết bịnguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điệnđộng Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Vì nguồn có công suất hữu hạn so vớiđộng cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không

Hình 1.14 a) Sơ đồ khối b) Sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập.

Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:

Eb - Eư = Iư(Rb +Rưđ)

u dm

ud b

dm

.K

RR

hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để

Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bịchặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từthông cũng được giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giớihạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động Khi mômen tải là định mứcthì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là

β

−ω

=

max o max

M

ω =ω − β

dm min

o min

nm

β

=β

−

=

ω

1 M

1 M 1 K

M D

M dm

max o

dm M

dm max

o

−

− β ω

= β

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị tốc độ lớn nhất ω0max, mômen định mức

Mđm, hệ số quá tải KM là xác định, vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tínhvào giá trị của độ cứng β Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bịnguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phầnứng động cơ Do đó có thể tính sơ bộ được

10M

1

dm max

ω

Vì thế tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ độcứng không vượt quá 10 Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độchính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống “hở” như trên là khôngthoả mãn được

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi đặc tính cơ tĩnh của hệ truyền độngmột chiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng

có đặc tính cơ trong toàn dải là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớnnhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh Hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơthấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép,thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộdải điều chỉnh Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là

min o min

o

min min

ω

−ω

=

cp min o

dm s

M

ωβ

=

Vì các giá trị mômen định mứcMđm, tốc độ nhỏ nhất ω0min, hệ số trượt cho phép

Scp là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai

số không vượt quá giá trị cho phép Để làm việc này, trong đa số các trường hợp cầnxây dựng các hệ truyền động điện kiểu vòng kín

Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được giữnguyên, do đó mômen cản cho phép của hệ sẽ là không đổi

Mc.cp=Kφđm Iđm=Mđm

Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chữ nhật bao bởi các đườngthẳng ω =ωđm, M= Mđm và các trục toạ độ Tổn hao năng lượng chính là tổn hao trongmạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ

ω

= η

Hình1.16.Quan hệ giữa hiệu suất truyền động và tốc độ với các loại tải khác nhau Hình vẽ mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trường hợp đặctính tải khác nhau Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thíchhợp trong trường hợp mômen tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh Cũng thấy rằng

không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì như vậy sẽ làm giảm đáng kểhiệu suất của hệ.

1.6.6 Phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.

Điều chỉnh từ thông kích thích của dòng điện một chiều là điều chỉnh mômenđiện từ của động cơ M = KφIƯ và sức điện động quay của động cơ Eư=Kφω Mạch kích

từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến

dt

dr

r

e

k b

k k

φω++

=

Trong đó rk - Điện trở dây quấn kích thích

r - Điện trở của nguồn điện áp kích thích

ωk - Số vòng dây của dây quấn kích thích

Trong chế độ xác lập ta có quan hệ

k b

k k

rr

cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảođiều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải

Giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là mômen cho phép trên trục động

cơ giảm rất nhanh Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính

cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích

Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà từthông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hoà của đặc

tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và bằng hằng số C phụ thuộcvào thông số kết cấu của máy điện.

CHƯƠNG II : CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN

TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

2.1 Khái niệm chung

Khi mở máy các động cơ có công suất trung bình và lớn người ta phải dùng các thiết bị hạn chế dòng khởi động như: Điện trở, điện kháng, máy biến áp tự ngẫu Trong quá trình khởi động muốn tốc độ động cơ tăng dần đến giá trị định mức, thì ta phải loại dần các thiết bị hạn chế đó ra Một cách tổng quát ta có sơ đồ mạch động lực,đặc tính tĩnh, đặc tính động của quá trình mở máy động cơ điện 1 chiều, xoay chiều như hình vẽ

Hình 2.1.Khởi động động cơ điện một chiều bằng cách đưa điện trở phụ vào khi khởi động

Hình 2.2.Đường đặc tính động của động cơ điện một chiều

Quá trình khởi động đi theo chiều mũi tên, tốc độ động cơ tăng dần ứng với việc loại dần các cấp điện trở phụ

Nếu ta sử dụng các thiết bị để đo khoảng thời gian từ 0- T1, T1-T2 bằng các rơle thời gian và tại đó ta phát các lệnh điều khiển làm thay đổi tham số của mạch điện

và điều khiển quá trình theo mong muốn gọi là tự động khống chế theo nguyên tắc thời gian

Nếu như ta sử dụng các thiết bị đo tốc độ như rơle ly tâm, máy phát tốc để đo tốc độ

n1, n2 và tương tự như trên ta có tự động khống chế theo nguyên tắc tốc độ

Nếu sử dụng rơ le dòng điện để đo dòng điện I1, I2 và tương tự ta có phương pháp tự động khống chế theo nguyên tắc dòng điện

Trong thực tế có nhiều bộ phận của máy làm việc bị giới hạn bởi góc quay hay quãng đường nhất định khi đó người ta sử dụng phương pháp khống chế theo nguyêntắc hành trình

2.2 Các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hở

2.2.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian

Nội dung nguyên tắc

Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là thông số làm việc của mạch biến đổi theo thời gian Những tín hiệu điều khiển phát ra theo quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái của hệ thống Những phần tử thụ cảm được thời gian đểphát tín hiệu cần được chỉnh định dựa theo ngưỡng chuyển đổi của đối tượng Ví dụ như : Tốc độ, dòng điện, mô men của mỗi động cơ được tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp cho từng hệ thống truyền động điện cụ thể

Những phần tử thụ cảm được thời gian có thể gọi là rơ le thời gian Nó tạo nên được một khoảng thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu đưa vào (mốc không) đầu vào của nó đến khi nó phát được tín hiệu ra đưa vào phần tử chấp hành

Các cơ cấu duy trì thời gian có thể là: cơ cấu con lắc, cơ cấu điện từ, khí nén, cơ cấu điện tử, tương ứng là rơ le loại đó,…

Bằng giải tích hoặc bằng đồ thị mà người ta xác định số cấp điện trở phụ mở

máy, giá trị điện trở của từng cấp, đặc tính động để chỉnh định thời gian tác động của

rơ le, các khoảng thời gian được tính tương đối như sau:

ln

J là mô men quán tính

Mđg1, Mđg2 là mô men động

2.2.2 Nguyên tắc khống chế theo tốc độ

Nội dung nguyên tắc

Để khống chế theo nguyên tắc này ta phải đo được tốc độ động cơ, có thể đo trực tiếp bằng rơle kiểm tra tốc độ, nhưng khi hệ thống khống chế có nhiều cấp điện trở thì việc điều khiển gặp rất nhiều khó khăn do đó thực tế ít sử dụng

Ngoài ra ta còn có thể đo tốc độ bằng máy phát tốc nhưng trong các hệ thống đơn giản thì chỉ tiêu kinh tế thấp(máy phát tốc có giá thành cao) nên ít dùng loại này Thông thường người ta sử dụng phương pháp đo gián tiếp

Đối với động cơ điện 1 chiều, đo tốc độ thông qua sức điện động phần ứng của động

cơ EĐ= Ke.Φ.n (dùng rơ le điện áp mắc song song với phần ứng động cơ)

Đối với động cơ KĐB, đo tốc độ gián tiếp qua sức điện động rotor, tần số dòng điện rotor và hệ số trượt

2.2.3 Nguyên tắc khống chế theo dòng điện

Khống chế theo nguyên tắc dòng điện nghĩa là khống chế quá trình theo các giá trị

đo được hoặc tính toán được Trị số của dòng điện mở máy của động cơ dao động giới hạn được xác định từ I2 tới I1, giá trị của dòng điện I1= 2,2÷2,5 dòng Iđm được xác định căn cứ vào điều kiện vận hành của động cơ và giá trị cho phép của dòng điện phần ứngđộng cơ Giá trị dòng điện I2 = (1,8÷2)Iđm được xác định căn cứ vào việc đảm bảo gia tốc tối thiểu khi mở máy động cơ ở phụ tải đã cho đến I1, I2 luôn lớn hơn Iđm này Muốn khống chế theo nguyên tắc dòng điện ta sử dụng một số rơ le dòng điện mắc nốitiếp với phần ứng của động cơ điện 1 chiều hoặc mắc nối tiếp với 1 pha của động cơ xoay chiều

2.2.4 Nguyên tắc điều khiển theo hành trình

Nội dung nguyên tắc

Khống chế theo nguyên tắc hành trình nghĩa là 1 khâu hay một bộ phận nào đó của máy khi chuyển động phụ thuộc vào vị trí không gian của các bộ phận khác

Ví dụ: Bàn dao của máy cắt gọt, bàn máy, buồng thang của thang máy

2.3 Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hệ kín

Sơ đồ khối của hệ thống tự động điều chỉnh.

Hình 2.4 Sơ đồ khối của hệ thống tự động điều chỉnh

BD là biến dòng

BBĐ là bộ biến đổi, có thể là máy phát, khuếch đại từ, bán dẫn

ĐK là khối điều khiển

Kn , KI là hệ số phản hồi tốc độ và dòng điện

Rn, RI bộ điều chỉnh tốc độ, dòng điện

Các bộ điều chỉnh tốc độ, dòng điện (Rn, RI) là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống vì nó quyết định chất lượng tĩnh và chất lượng động của hệ thống Nó có 2 chức năng như sau

Khuếch đại các sai lệch điều khiển nhỏ của hệ thống

Đảm bảo chất lượng và độ chính xác của hệ

Các nguyên tắc điều chỉnh

Khái niệm chung

Đối với hệ thống truyền động điện làm việc ở các trạng thái hở, trong quá trình hãm, khởi động, đảo chiều, ăn tải, nhả tải thường gây ra các sai lệch lớn so với giá trị cho phép Trong khi đó nhiều máy lại yêu cầu phải đảm bảo duy trì tốc độ không đổi hay các đại lượng khác theo yêu cầu của chất lượng tĩnh cũng như chất lượng động đặt ra.Trong trường hợp như vậy ta phải dùng hệ thống điều khiển tự động kiểu hệ kín Đối với hệ thống sử dụng động cơ điện một chiều làm việc trong hệ thống truyền động điện kiểu hệ kín thường người ta phải sử dụng các bộ biến đổi để cung cấp nguồnđiện áp một chiều cho phần ứng động cơ hay cung cấp cho cuộn kích từ của động cơ

điều khiển tự động hệ kín người ta thường sử dụng bộ biến tần, hoặc điều khiển xung trở mạch rotor

Trong hệ thống điều khiển tự động truyền động điện kiểu hệ kín người ta thường tiến hành lấy một số phản hồi cơ bản sau

- Phản hồi âm: Tác động ngược chiều điện áp đặt

- Phản hồi dương: Tác động cùng chiều với điện áp đặt

- Phản hồi có ngắt: Tín hiệu phản hồi được so sánh với một lượng bên ngoài, nếu

nó vượt qua giá trị đó thì khâu phản hồi mới tham gia tác động vào hệ thống

- Phản hồi thẳng: Tín hiệu ra quay trở lại trực tiếp đầu vào

2.3.1.Khâu phản hồi âm điện áp

Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.5.Mạch phản hồi âm điện áp

BBĐ có thể sử dụng các bộ biến đổi máy điện, bộ biến đổi van

BBĐ cung cấp điện áp 1 chiều cho phần ứng động cơ điện1 chều kích từ độc lập

Để ổn định và nâng cao chất lượng tĩnh của khâu điều khiển ta dùng biến trở R1, R2

làm khâu phản hồi lấy điện áp quay trở lại khống chế điện áp cung cấp cho động cơ Thành lập phương trình đặc tính cơ

α= R1/R1+R2 ( hệ số phản hồi)

Giải hệ phương trình ta được

Từ hệ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được đặc tính cơ như hình vẽ

Để cho tốc độ không tải của hệ thống hở và kín bằng nhau thì điện áp đặt của hệ thống kín lớn hơn hệ thống hở là (1+KΠ) lần

Độ sụt tốc độ (sai lệch tĩnh) trong hệ thống kín sẽ nhỏ hơn trong hệ thống hở là (1+KΠ) lần

Như vậy phản hồi âm điện áp tạo nên đặc tính của hệ kín cao hơn so với hệ hở Nhưng luôn thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên điều đó chứng tỏ khả năng duy trì tốc độ củakhâu phản hồi âm điện áp là kém

Hình 2.6 Đường đặc tính cơ cảu hệ kín so với hệ hở

2.3.2 Phản hồi dương dòng điện

Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.7 Mạch phản dương dòng điện

Từ sơ đồ nguyên lý ta viết được phương trình cân bằng sau:

U∑ =Uđ +β.I.R với β= Rđo/R = Rđo/RΠ + RĐ

Hình 2.8 Đặc tính cơ của phản hồi dương dòng điện.

Trong quá trình làm việc động cơ phải trải qua các giai đoạn như, quá trình quá độ

và phải làm việc ổn định nếu như dòng điện phần ứng vượt quá giá trị cho phép thì ta

phải tìm biện pháp hạn chế công suất đầu vào Phản hồi âm dòng có ngắt sẽ hạn chế phụ tải tĩnh khi cho động cơ bị quá tải và tạo nên đường đặc tính có dạng điển hình gọi

là đường đặc tính máy xúc

Ta thấy ở a Đặc tính gồm 2 đoạn

Đoạn 1 là đoạn N0B chỉ có cá khâu duy trì tốc độ tham gia nó đảm bảo độ cứng cao

để máy làm việc có năng suất chất lượng sản phẩm

Đoạn 2 là đoạn BC lúc này trong hệ thống chỉ còn duy nhất 1 khâu phản hồi âm dòng điện có ngắt tham gia vào hệ thống Nó tạo ra đường đặc tính có độ dốc lớn, nếu động cơ bị quá tải nặng nó sẽ dừng lại tại điểm C Trong thực tế có thể chúng ta gặp trường hợp đặc tính tĩnh có 3 đoạn như hình b

Đoạn AB là đoạn duy trì tốc độ có khâu phản hồi âm tốc độ tác động

Đoạn BC là đoạn có thêm khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào hệ thống Đoạn CD là đoạn chỉ có khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào hệ thống

b Hệ thống điều khiển tự động với khâu phản hồi âm áp và âm dòng có ngắt

Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.11.Mạch điều khiển với khâu phản hồi âm áp và âm dòng có ngắt

Khâu phản hồi âm dòng có ngắt không phải tham gia hoàn toàn vào hệ thống,mà chỉ

tham gia vào hệ thống khi động cơ bị quá dòng URđo > Uss Phương trình đặc tính cơ

Từ sơ đồ trên ta viết được hệ phương trình sau

U∑=Uđ- αUĐ -β∆IRđo.1[∆I]

EΠ = KΠ.U∑

UĐ =EΠ - I.RΠ

UĐ = EΠ + IRĐ

EĐ = Kφn

Khi giải hệ ta được phương trình đặc tính cơ

Từ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được đặc tính cơ như hình vẽ

c Hệ thống điều khiển tự động dùng phản hồi âm tốc độ - âm dòng có ngắt.

Hinh 2.12 Mạch khiển tự động dùng phản hồi âm tốc độ - âm dòng có ngắt

Tương tự như các phần trên dể thành lập phương trình đặc tính cơ, ta viết hệ phương trình cân bằng điện áp của hệ, sau đó giải hệ ta được phương trình đặc tính cơ

CHƯƠNG III: CÁC NGUYÊN TẮC MỞ MÁY VÀ HÃM

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU3.1 Mở máy động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Nếu khởi động động cơ ĐMđl bằng phương pháp trưc tiếp thì ban đầu tốc độ động

cơ bằng 0 nên dòng khởi động ban đầu rất lớn (Inm=Udm//Rư ≈ 10÷ 20Idm)

Như vậy nó đốt nóng mạch động cơ và gây sụt áp lưới điện hoặc làm cho sự

chuyển mạch khó khăn hoặc momen mở máy quá lớn sẽ tạo ra các xung lực động làm

hệ chuyển động bị giật , lắc , không tốt về mặt cơ học ,hại máy và có thể gây nguy hiểm như: gãy trục , vỡ bánh răng ,đứt cáp, đứt xích… tình trạng càng xấu hơn nếu như hệ truyền động điện thường xuyên phải mở máy, đảo chiều , hãm điện thường xuyên như ở máy cán đảo chiều, cầu trục, thang máy…

Để đảm bảo an tòan cho máy ,thường chọn

Ikdpđ = Inm ≤ Icp =2,5Iđm

Muốn thế ,người ta thường đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng ngay khi bắtđầu khởi động, và sau đó thì loại dần chúng ra để đưa tốc độ động cơ nên xác lập

Ikdpđ = Inm =(2÷2,5) Iđm ≤ Icp (3.1)

Công xuất động cơ lớn thì chọn Inm nhỏ

Trong quá trình mở máy ,tốc độ động cơ � tăng dần , sức điện động của động cơ

Eư= K.Φ � cũng tăng dần và dòng điện động cơ giảm:

I = (3.2)

Do đó mômen động cơ giảm

Nếu cứ giữ nguyên Rp trong mạch phần ứng thì khi tốc độ tăng theo đường đặc tính 1 tới điểm B (hình 3.2), mômen động cơ giảm từ momen Mmm xuống bằng mômen cản

Mc , động cơ sẽ quay ổn định với tốc độ thấp �b Do vậy , khi mômen giảm đi một mức nào đó (chẳng hạn M2) thì phải cắt dần điện trở phụ để động cơ tiếp tục quá trình

mở máy cho đến điểm làm việc A trên đường đặc tính tự nhiên

Khi bắt đầu cấp điện cho động cơ với toàn bộ điện trở khởi động , mômen ban đầu của động cơ sẽ có giá trị Mnm Mômen này lớn hơn mômen cản tĩnh Mc do đó động cơbắt đầu được gia tốc.Tốc độ càng tăng nên thì mômen động cơ càng giảm xuống theo đường cong AB (hình 3.2) Trong quá trình đó mômen động ( chênh lệch giữa mômen động và mômen cản : ∆M=Mđ – Mc ) giảm dần nên hiệu quả gia tốc cũng giảm theo Đến một tốc độ nào đó , ứng với điểm B, tiếp điểm 1G đóng lại , một đoạn điện trở khởi động bị nối tắt và ngay tại tốc độ đó , động cơ chuyển sang làm việc ở điểm C trên đường đặc tính cơ thứ 2 Mômen động cơ lại tăng lên gia tốc lớn hơn và sau đó gia tốc lại giảm dần khi tốc độ tăng, momen động cơ giảm dần theo đường cong CD

.Tiếp theo quá trình lại xảy ra tương tự như vậy: Sau khi đóng tiếp điểm 2G momen động cơ giảm theo đường EF và đến điểm F tiếp điểm 3G đóng lại thì động cơ chuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên.

Hình 3.1 Sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều kích từ độc lập

qua 3 cấp điện trở

Hình 3.2 Đặc tính cơ lúc mở máy động cơ điện một chiều

kích từ độc lập qua 3 cấp điện trở

3.1.1 Đảo chiều quay động cơ

Chiều từ lực tác dụng vào dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay trái

Khi đảo chiều từ thông hay đảo chiều dòng điện thì từ lực có chiều ngược lại Vậy muốn đảo chiều quay điện một chiều ta có thể thực hiện một trong hai cách:

- Hoặc đảo chiều từ thông ( bằng cách đảo chiều dòng điện kích từ )

- Hoặc đảo chiều dòng điện phần ứng

Hình 3.3 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập

khi đảo chiều từ thông hoặc khi đảo chiều dòng điện phần ứng

Đường đặc tính cơ của động cơ khi quay thuận và quay ngược là đối xứng nhau qua gốc tọa độ

Hình 3.4.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

kích từ độc lập khi đảo chiều quay

Phương pháp đảo chiều từ thông thực hiện nhẹ nhàng vì mạch từ thông có công suất nhỏ hơn mạch phần ứng Tuy vậy , vì cuộn kích từ có số vòng dây lớn , hệ số tự cảm lớn,do đó thời gian đảo chiều tăng lên Ngoài ra , dùng phương pháp đảo chiều từthông thì từ thông qua trị số 0 có thể làm tốc độ động cơ tăng quá cao

3.2 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

3.2.1 Phương trình đặc tính cơ

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng như sơ đồ nguyên lý ở hình 3.5

Hình 3.5.Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Với cách mắc mối tiếp dòng điện kích từ bằng dòng điện phần ứng Ikt = Iư nên cuộn dây kích từ nối tiếp có tiết diện dây lớn và số vòng dây ít Từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng, tức là phụ thuộc vào tải :

Φ = k’ Iư

Trong đó K’ là hệ số phụ thuộc vào cấu tạo của cuộn dây kích từ Phương trình trênchỉ đúng khi mạch từ thông bão hòa từ và khi dòng điện Iư < ( 0,8÷0,9)Iđm Tiếp tục tăng dòng điện phần ứng Iư thì tốc độ tăng từ thông Φ chậm hơn tốc độ tăng Iư rồi sau

đó khi tải lớn (Iư > Iđm) thì có thể coi Φ = const vì mạch từ đã bão hòa

Hình 3.6.Sự phụ thuộc giữa từ thông và dòng phần ứng (cũng là

dòng kích từ ) động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Xuất phát từ các phương trình cơ bản của động cơ điện một chiều nói chung

Uư = Eư + (Rư + Rưf ) Iư

Eư = K Φ.�

M = K.Φ.Iư =K.K’.Iư (3.3)

Ta có thể tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Đồ thị đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp là đường

Khi Mc =0 (Iư =0) theo phương trình đặc tính cơ (hình 3.7) thì trị số tốc độ � sẽ vô cùng lớn Thực tế do có lực ma sát ở cổ trục động cơ và mạch kích từ khi Ikt =0 vẫn còn có từ dư (Φdư #0) nên khi không tải Mc ≈ 0 , tốc độ động cơ lúc này sẽ là : �0 = ( 3.5)

Tốc độ này không phải lớn vô cùng nhưng do từ thông dư Φdư nhỏ nên �0 cũng lớnhơn nhiều so với trị số định mức (5÷6) �đm và có thể gây hại và nguy hiểm cho hệ

truyền động điện Vì vậy không được để động cơ một chiều kích từ nối tiếp làm việc ởchế độ không tải hoặc rơi vào tình trạng không tải Không dùng động cơ một chiều kích từ nối tiếp với các bộ truyền đai hoặc ly hợp ma sát … Thông thường , tải tối thiểu của động cơ là khoảng ( 10÷20)% định mức Chỉ những động cơ công suất rất nhỏ (vài chục watt ) mới có thể cho phép chạy không tải

3.2.2 Ảnh hưởng của thông số điện đối với đặc tính cơ

Ở động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, dòng điện phần ứng cũng là dòng điện kích từ nên khả năng tải của động cơ hầu như không bị ảnh hưởng của điện áp

Phương trình đặc tính cơ � = f(M) (hình 3.7) của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp cho thấy đặc tính cơ bị ảnh hưởng bởi điện trở mạch động cơ (mạch phần ứng

và cũng là mạch kích từ )

Đặc tính cơ tự nhiên cao nhất ứng với điện trở phụ Rưf =0.Các đặc tính cơ nhân tạo ứng với Rưf #0 Đặc tính càng thấp thì Rưf càng lớn

Hình 3.8.Ảnh hưởng của điện trở mạch phần ứng tới đặc tính

cơ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Trị số Mnm suy ra từ phương trình đặc tính cơ khi cho �=0

Trong đó : Inm=

3.2.3 Mở máy động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Lúc mở máy động cơ phải đưa thêm điện trở phụ mở máy vào mạch động cơ để

hạn chế dòng điện mở máy không được vượt quá giới hạn 2.5 Iđm

Trong quá trình động cơ tăng tốc , phải cắt dần điện trở mở máy và khi kết thúc quá trình mở máy , động cơ sẽ làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên không có điện trở

mở máy

Hình 3.9 Sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp qua

2 cấp điện trở phụ

Khi động cơ được cấp điện , các tiếp điểm K1 và K2 mở để nối các điện trở R1 và

R2 vào mạch động cơ Dòng điện qua động cơ được hạn chế trong giới hạn cho phép ứng với momen mở máy

( ứng với tốc độ �1) thì điện trở mở máy R1 còn lại được cắt nốt ra khỏi mạch động cơ nhờ đóng tiếp điểm K1 Động cơ chuyển sang làm việc tại điểm E trên đặc tính cơ tự nhiên và lại tăng tốc theo đặc tính này tới làm việc tại điểm A Tại đây ,momen động

cơ Mđ cân bằng với momen Mc nên động cơ sẽ quay với tốc độ ổn định �A

3.2.4 Đảo chiều quay động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

Cũng như động cơ điện một chiều kích từ song song , động cơ điện một chiều

kích từ nối tiếp sẽ đảo chiều quay khi đảo chiều dòng điện phần ứng

Hình 3.10 Đảo chiều quay động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp