LOI NOI DAL
Truyền động điện cơ nhiệm vụ thực hiện các cơng đoạn -cudi
cùng của một cơng nghệ sản xuất Dac biệt trong dây chuyên sản xuất tự đơng hiện đại truyền động điện đĩng gĩp vai trị quan
trong trong viéc nang cao nang suất và chất lượng sản phim Vi
vậy các hệ truyền động điện luơn luơn được quan tâm nghiên cứu
nâng cao chất lượng để đáp ứng các yêu câu cơng nghệ mới với
mức độ tự động hĩa cao
Ngày nay do ứng dụng tiến bộ ký thuật điện tử tin học các
hệ truyền động điện được phát triển và cĩ thay đổi đáng kế Đạc
biệt do cơng nghệ sản xuất các thiết bị điện tử cơng suất ngày
càng hồn thiện nên các bộ biến đổi điện tử cơng suất trong hệ
truyền động diện khơng những đáp ứng được đơ tác động nhanh,
độ chình xác cao mà cịn gĩp phân làm giảm kích thước và hạ
giá thành của hệ
Ở nước ta do yêu câu cơng nghiệp hoa và hiện đai hĩa nên
kinh tả ngày càng xuat hiện nhiều đây chuyên sản xuất mới cĩ tức độ tự động hĩa cao với những hệ truyền động điện hiện dai Để kịp thời tiếp thụ các tiến bộ kỳ thuật, Bộ mơn Tự động hĩa XNCN Trương đại học Bách khoa Hà Nội một mật cho biên sồn tiếp phản hai giáo trính Truyền động dién itu động điều chính truyện đĩng điện! đơng thời tải bản cĩ sửa chữa, bổ sung chinh lý giáo trình Truyền đơng điện ‘phan 1) Noi dung giáo trình này
trinh bày những kiến thức cơ bản về hệ truyền động điện hiện đại bào gĩm việc phản tích các đạc tỉnh của các hệ truyền động
điền vo bo bien đổi điện tử cơng suật Nghiên cứu các cầu dê diệu khiến mới của cac hệ truyền đơng đồng cơ xoay chiêu động
Trang 5cán bộ giảng dạy Độ mơn Tự động hĩa trường ĐHBK Hà Nội biên soạn gồm 7 chương
- Chương l1 và chương 2 nêu các khái niệm chung về hệ
truyền động và đặc tính cơ của động cơ
- Chương 3, 4 õ và 6 trình bày các phương pháp điều chỉnh
tốc độ động cơ điện một chiều và xoay chiều Phân tích quá trình
điện từ cố trong hệ truyền động dùng các bộ biến đổi Nghiên cứu một số cấu trúc mới của truyền động điện xoay chiếu hiện
đại
- Chương 7 nêu phương pháp chung tính và chọn thiết bị
lực, thiết bị bảo vệ cho các hệ truyền động điện,
Các chương được phân cơng biên soạn cụ thể như sau
Bùi Quốc Khánh các chương Ì, 6, 7 và chịu trách nhiệm chủ
biên, Nguyễn Văn Liễn các chương 3 4 và 5, Nguyễn Thị Hiển
chương 2 Nội dung giáo trỉnh được Hội đồng khoa học Khoa tự
động hĩa XNCN xét đuyệt và được giáo sư Nguyễn Bính giúp đỡ
trong việc hồn thiện Các tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp
đỡ quý báu đĩ, Giáo trình này được biên soạn với mục đích làm
tài liệu học tập cho các sinh viên ngành điện, đồng thời cũng cĩ thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các kỹ sư điện và các ngành cố liên quan
Nội dung giáo trỉnh chác chắn cịn nhiều vấn để cần bổ sung
hồn thiện Rất mong các bạn đồng nghiệp và độc giả gĩp ý kiến
Thư gĩp ý xin gửi về Bộ mơn Tự động hơa XNCN Trường đại
học Bách khoa Hà Nội hay Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật,
70 Trần Hưng Đạo Hà Nội,
Trang 6Chương 1
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VẼ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1~1 CẤU TRÚC CHUNG VÀ PHÂN LOẠI
Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị
điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, phục vụ cho việc biến đổi năng
lượng điện~cơ cũng như gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng do
Cấu trúc chung của hệ truyền động điện, được trình bày trên
H.1-1, bao gồm 2 phần chính:
— Phần lực là bộ biến đổi và động cơ truyền động Các bộ biến
đổi thường dùng là bộ biến đổi máy điện (máy phát một chiều, xoay
chiều), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hịa), bộ
biến đổi điện tử (chỉnh lửu tiristo, biến tần tranzito, tiristo) Động cơ
điện cĩ các loại: động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ, khơng đồng
bộ và các loại động cơ điện đặc biệt khác v.v
— Phần điều khiển gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và cơng nghệ, ngồi ra cịn cĩ các thiết bị điều khiển, đĩng
cắt phục vụ cơng nghệ và cho người vận hành Đồng thời một số hệ
truyền động cĩ cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác trong
một đây chuyền sản xuất,
Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, khơng phải hệ truyền động
nào cũng cớ đầy đủ cấu trúc như vậy Cho nên cĩ thể phân loại hệ
truyền động điện như sau:
— Truyền động khơng điều chỉnh: thường chỉ cĩ động cơ nối trực
tiếp với lưới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định
— Truyền động cĩ điều chỉnh: trong loại này, tùy thuộc vào yêu
cầu cơng nghệ mà ‡a cĩ truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động
Trang 7điều chỉnh mơmen lực kéo và truyện động điều chính vị trí, Trong cẩu trúc hệ truyền động cĩ điệu chỉnh cớ thể là truyền động nhiều động
cơ Ngồi ra tùy
thuộc vào cấu ,trúc và tín hiệu điều khiển ta co hệ truyền động điều khiển số, điêu khiển tương tự hoặc truyền động điều khiển
Hinh | ~i M6 1a cau true chung của hệ truyền động,
BBD -~ Bỏ biên đối ĐC - Động cơ truyền đơng:
MSX_ - Máy sản xuất: #+ Bộ điều chỉnh cơng nghệ:
Kt ~ Các bơ đĩng cắt phục vụ cơng nghệ R — Các bộ diều thea chương chính truyền động K ~ Cac bộ đĩng cất phục vụ truyền déng:
trình v.v VH ~ Người vận hành: GN ~ Mạch ghép nối
1-2 KHAL NIEM CHUNG VE DAC TINH CO CUA
ĐỘNG CĨ ĐIỆN
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mơmen của động cơ Ta co dac tính cơ tự nhiên của động cơ, nếu
như động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thơng
định mức và khơng nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ) Trên đặc tỉnh cơ tự nhiên ta cố điểm làm việc định mức cĩ giá trị
Mam: “gm Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đạc tính khi ta thay
đổi các tham sơ nguơn hoặc nội thêm các điện trở điện kháng vào
động cơ
Để đánh giá và so sánh các đạc tính cơ người ta đưa ra khái
Trang 8niệm độ cứng đác tính cơ Ø và được tính: AM =— a= Ũ Au Blén, ta cd dae tinh co cting, 6 nhé đặc tính cơ mềm, Ø > o dae tinh ca tuyệt đối cứng Truyền động cơ đặc tính cơ cứng tốc
độ thay đổi rất ít khi
mơmen biến đổi lớn
Truyền động cơ cớ
đặc tính cơ mềm tốc Hình ¡—3 Độ cúng đặc tính cĩ
độ giảm nhiều khi Dường t đặc tính cĩ mềm; đường 2: đặc tính cĩ cứng: đường
mơmen tăng (xem 3: đặc tính cĩ tuyệt đối cúng
H.1-2),
1-3 DAC TINH CO CUA MAY SAN XUAT
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng Tuy vậy phân lớn nơ
được biểu diễn đưới dạng biểu thức tổng quát: œ M, = My, + (Magn ~ M.) —— )*, cĩ (1-2), “4m trong đĩ: M,, — Mơmen ứng với tốc độ œ = Ơ Mạm — Mơmen ứng với tốc độ định mức am M, — Momen tng vdi téc d6 w Ta cĩ các trường hợp:
Trang 10— # = Ì, mơmen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, thực tế rất Ít gặp, về loại này cơ thể lấy ví dụ máy phát một chiều tải thuần trở (đường 2, H.1— 3ø), — # = 2, mơmen tỷ lệ bậc hai với tốc độ là đặc tính của các máy
bơm, quạt giĩ (đường 3, H.1—3ø)
~a=— 1, mémen tỷ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu may cuén
đây, cuốn giấy, các truyền động quay trục chính máy cất gọt
ˆ kim loại cĩ đặc tính thuộc loại này (đường 4, H.1~3a),
Ngồi ra, một số cơ cấu của các máy cĩ đặc tính khác, ví du:
— Mơmen phụ thuộc vào gốc quay M =f(y) hoặc mơmen phụ thuộc vào đường đi M, = fis), trong thực tế các máy cơng tác cĩ pittơng, các máy trục khơng cĩ cáp cân bằng cĩ đặc tính
thuộc loại này
— Mơmen phụ thuộc vào số vịng quay va dutng di M, = flw, s) như các loại xe điện
— Mơmen cản phụ thuộc vào thời gian M = f(t), vi du như may nghiền đá, quặng,
Trên H.1~3ư và e biểu diễn đặc tính của mơmen cản phản kháng
va momen can thé nang
~ Mơmen cản thế năng (như ở trong các cơ cấu nâng hạ tải trọng) cĩ đặc tính M, = const và khơng phụ thuộc vào chiều quay
(ŒH.1-80)
— Mơmen cân phân kháng luơn luơn chống lại chiều quay như
mơmen ma sát, mơmen của cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại v.v (H.1—%)
1-4 TRANG THAI LAM VIEC CUA TRUYEN DONG DIEN
Trong hé truyén dong dién, bao giờ cũng cĩ quá trình biến đổi năng lượng điện — cơ, Chính quá trình biến đổi này quyết định
trạng thái làm việc của truyền động điện Ta định nghĩa: Dịng cơng suất điện Pain CO gid tri đương nếu như nớ cĩ chiều truyền: từ
Trang 11nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi cơng suất điện thành cơng
suất cỡ PQ„ = Mớ cấp cho may sản xuất,
Cơng suất cơ này cĩ giá trị dương nếu như mưmen động cơ sinh ra cd cùng chiều với tốc độ quay
Ngược lại cơng suất điện cĩ giá trị âm nếu nĩ cĩ chiều từ động
cơ về nguồn, cơng suất cơ cĩ giá trị âm khi nĩ truyền từ máy sản
xuất về động cơ và mơmen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ
quay
Mơmen của máy sản xuất được gọi là mơmen phụ tải hay mơmen
cản Nĩ cũng được định nghĩa đấu âm và dương, ngược lại với dấu
mơmen của động cơ
Phương trình cân bằng cơng suất của hệ truyền động là:
Py =P + AP, (1-3)
trong dd P, —~ cơng suất điện, P, ~ cơng suất cơ,
AP - tổn thất cơng suất
Tùy thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta co trạng thái
làm việc của động cơ gồm: Trạng thái động cơ va trang thai ham,
(xemy bang 1-1) -
— Trạng thái động cơ bao gồm chế độ cĩ tải và khơng tải,
~ Trang thai ham gồm hãm khơng tái, ham tái sinh, hãm ngược
và hãm động năng
Ham tdi sinh Py, < 0, P., < 0 ed nang bién thanh dién nang
trả về lưới
Ham nguoc Py, > 0, Pi, < 0 dién nang và cơ năng chuyển
thanh tén that AP
Ham dong nang Py, = 0 P., < 0 co nang biến thành cơng suất tổn thất ÁP,
Trang 12Bang 1-1 i
| Biéu do Pagel Pos AP Trang thai
i cơng suất làm việc : % to 0 =O | =P yen ~ Động cĩ khơng tải | 4 T i 0 % 2 | tLe 2 0 0 ~ Cĩ tải J2 4 % 3 vie =o | <0 Ham 4 khơng tải 4 h 4 - B <a <u — Ham tai sinh w t 5 2 9 ~ Hãm ngước Bề” Tr z =0 ~ Hâm động ia? nang
Trang thai ham và trạng thái động cơ được phân bố trên đặc tỉnh
co wiM) 6 goc phần tư Ì, ÍTI; trạng thái động cơ gĩc phần tư 1l IV:
trang thai ham-(xem H.1-4)
Trang 13rang thai ham I C ren thái động cĩ My M : c Dy ©)) Po = Myo <0 € Po =Mgu >0 * a , - Po = Mayu 0 Py = Mw <0 - wl w Ở)) " =f (21))rreng thái động cĩ (Rang thái hãm i
Mink i~4 Trang thai lam việc của truyền động điện trên các gĩc phần tư đặc tính cơ,
1~5 QUY ĐỔI MƠMEN CAN, LUC CAN VA MOMEN QUAN TINH, KHOI LUGNG QUAN TINH
Trên H,1—ð mơ tả cấu trúc cơ học tổng quát của truyền động,
mỗi một cơ cấu của truyền động đều cĩ các đại lượng œ; M, 0, Ƒ và
mơmen quán tính ở, Để dé dang cho viée nghiên cứu và tính tốn, người ta thường tính quy đổi tất cả các đại lượng đĩ về trục động cơ Nguyên tắc của tính tốn quy đổi là đảm bảo nâng lượng của hệ trước và sau khi quy đổi khơng thay đổi
a)- Tỉnh quy đổi mơmen M, va luc edn F, vé truc déng co
~ Giả sử khi tính tốn và thiết kế người ta cho giá trị của
Trang 14Mog = M cqđ : 1 1 — —— oe, i (1-5)
we
trong dé: i = ——; ?¡ là hiệu suất hộp tốc độ w
t
~ GIÁ thiết tai trọng G sinh ra lực È( cĩ vận tốc chuyển động là
U, nĩ sẽ tác động lên trục động cơ một mơmen M ca ta cĩ: Pov = Moga (1-6) TM F, V Moga = xLr Wy @¡ + 1 ` =Ắ- 1~7) ?7 Pp trong ron 8 đĩ p = <2 ˆ =—— V ? =1 7
Hình ?—Š Sđ đồ động học của cĩ cấu nâng hạ hàng
{1) động cĩ điện, (2) hộp tốc độ; (3) tang quay; (4) tai trong
6) Tinh quy déi momen quan tinh
Các cặp bánh răng co momen quan tinh J, Jy, momen quán
Trang 15tính tang trống ⁄,; khơi lượng quần tỉnh ø» và mơmen quản tỉnh động cơ ởy đều cĩ ảnh hưởng đến tính chất đơng học của hệ truyền động
Nếu xét điểm khảo sát là đầu trục động cơ và quán tinh chung
của hệ truyền động tại điểm này ta gọi là đạu Lúế đĩ phương trình động năng của hệ là: w,* wy wn Jeon? Jo? h5 “ et gE #2 2 2 2 2 m.VẺ + (1-8) 2 kK dx dì m Jug = Jy tS! ý ) to ‡—n (1-9) LH tì pe ` 1~6 PHƯƠNG TRÌNH DONG HOC CUA TRUYEN DONG DIEN Phương trình can bang nang lượng của hệ truyền động điện W=W.+ AW, đ~10)
trong đĩ W là năng lượng đưa vào động cơ,
W, — năng lượng tiêu thụ của máy truyền động, AW ~ mức chênh năng lượng giữa nàng lượng đưa vào và
Trang 16Law, = M_ là mơmen cản, w dt _# G Ju?) = Ma — ~~ (5 Jw") = ong w dt 2 one Phương trình động học của hệ truyền động tổng quát cĩ dạng: dw 1 dJ M=J—+—2w-—+M, (1-13) dt 2 dị dJ ‹ Thơng thường a =0, vi vay ta cd phuong trinh động học thường t dw dùng là M=d—+Mc (1—14) ‡ + - Từ phương trình (1—14) thấy rằng tờ " Lt , dw M>M, thi 3% > 0 hệ tăng tốc t ` dw “ M<M, thi — < 0 hệ giảm tốc; dt “dw : M=M, thi _ = 0 hệ làm việc ổn định £
Phương trình (1—14) mơ tả quá trình quá độ về cơ của hệ truyền
động điện Cĩ thể giải nĩ bằng phương pháp giải tích, đồ thị hoặc số, tùy theo đạc tinh Mw va Mu tới
1-7 DIEU KIEN ON ĐỊNH TÍNH CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Như ở phân 1—6 đã nêu khi M = ă, thi hệ truyền động làm việc
ổn định Điểm làm việc ổn định là giao điểm của hai đạc tình cơ của
động cơ s¿Àƒ và của máy sản xuất %Ä, Tuy nhiên khơng phải với bất “kỳ động cơ nào cùng cĩ thể làm việc với các loại tải mà nĩ phải co
“điểm giao nhau đố thỏa mãn điều kiên ổn định người ta gọi là ốn
Trang 17Để xác định điểm làm việc ta dựa vào phương trình động học của ˆ
truyền động (1—14) tại giao điểm: đ OM J— = [(— ) (1-15) đi dw x dw x Điều kiện để ổn định là ðM aM <0 (1-16) OW x dw x Hay Ø8 động cơ — £ < 0 q—17)
Trên H.6ø,b xét các điểm làm việc ổn định của hệ truyền động Ỏ tại điểm khảo sát ta xét thấy 3 điểm A, B, € là điểm làm việc
Trang 181-8 DONG HOC CUA KHGP NOI MEM
Thực tế cĩ một sơ truyện động dung các khớp nội mềm, Trong
trường hợp này khơng thể dùng phương trinh dong học tÌ T14: và
phương trình tính quy đổi về trục đồng cơ để mơ tả đơng lực học
như thường lệ
Xét cơ cấu truyền động mơ tả trên H 1-7a, phương trinh mũ tả động học của hệ gơm các phương trinh:
- Cho điểm đối với trục động cơ du; M,=4,— tk +My 1T T8) dt — Cho điểm đơi với tải: dus, M, =d, 2 ai = + kyw.t M, ` (1-19) và
My = Cia, - on + Byte, - gan (1-20)
trong dd — hk ky ky là hệ số tắt của dao đơng, — ơi g› là gốc xoắn
— C là hệ số đàn hơi
8ø đồ khối mơ tả động học hé trén H.1—76) gồm 3 phân ghép
Trang 19cĩ tần sơ bảng hoặc gần véi tan sd dao động riêng
Mật khác trong hệ truyền động cĩ điều chỉnh tốc độ để đảm bảo
Hình ¡ =7 a) Mơ tả nguyên lý đơng học truyền động cĩ khĩp nối mềm bì Mơ tả tốn học khâu khĩp nối mềm
ổn định cúa hệ cần phải giảm hệ số khuếch đại của bộ điều chỉnh tốc
độ dẫn đến giảm đơ chính xác điều chỉnh
Để khác phục hiện trạng này cần phải bơ tri các bộ lọc
Trang 20Chương 2
ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN
2-1 KHÁI NIỆM CHUNG
Như trong chương Ì đã nêu, quan hệ giữa tốc độ và mơmasn của
động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ: œ = f(M) hoặc n = iM)
Quan hệ giữa tốc độ và mơmen của máy sản xuất gọi là đặc tính
cơ của máy sản xuất: œ, = fM,) hoặc n = fiM,)
Các đặc tính cơ trên cĩ thể biểu diễn ở dang hàm thuận hoặc ham nguoc, vi duw = f(M) hay M = flw)
Ngồi đạc tính cơ, đổi với động cơ một chiêu người ta cịn sử
dụng đặc tính cơ điện Đặc tính cơ điện biểu điễn quan hệ giữa tốc đơ và dịng điện trong mạch dong co: w = fll) hay n = fl)
Trong các biểu thức trên:
œ - tốc độ gĩc, rad/s
» ~ tốc độ quay víph M - mémen Nm
Trong nhiều trường hợp để don giản trong tính tốn hoặc dê
dàng so sánh đánh giá các chế đơ làm việc của truyền động điên
người ta cĩ thể dùng hệ đơn vị tương đối
Muốn biểu diễn mơt đại lương nào đĩ dưới dang tương đối ta lấy trị số của nĩ chia cho trị sơ cơ bản của đại lương đĩ Các đại lượng
co ban thường được chọn là: am: Lam Gam Mam Dyn Roy
Với đại lượng tương đối ta dung ky hiéu '”' Vi dụ điện áp tương
đối là ” mơmen tương đổi là M ' Như vậy một số thơng số cĩ thể
tỉnh được trong hệ đơn vi tương đối như sau:
o U
U = Ữ hoac U'G = — 100%
dm Dam
Trang 21Ting tụ cấc thơng số khác: J° =—— M' =—-
Tạm Mam
® R w w
đ* = cĩ N me ws hodc w* =—
Pam Rey Yam Mo
Việc chọn các đại lượng cơ bản là tùy ý, sao cho các biểu thức
tính tốn được đơn giản thuận tiên như:
~ Tốc độ cơ bản ở đơng cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ
hơn hợp là tốc độ khơng tải lý tưởng ¿„, với động cơ khơng đồng bộ
và động cơ đồng bệ là tốc đơ đồng bộ œ, Cịn với động cơ kích từ nối
tiếp tốc độ cơ bản là tm
~ “Trị số điện trở cơ bản là Roy
Với các động cơ một chiều: r Yam I R ‘ h dm
Với các động cơ khơng đơng bộ thơng thường điện kháng định
mức ở mỗi pha của rơto rất nhỏ so với tổng trở định mức nên ta cĩ
thé coi gin dung 14: R = Zs,
Khi mạch rơto đấu sao ta co:
R Ễ am
` TẾT adm
trong đĩ:
#›vă — sức điện động ngắn mạch của rơtu ‘sym — dịng điện định mức ở mỗi pha réto
Nea mach réto dau tam giác thì điện trở định mức mỗi pha cúa
do là:
An Sen Fg Macy
Trang 22động cơ điện thường sử dụng;
— Động cơ một chiêu
— Động cơ xoay chiều khơng đồng bộ ba ph:
- Dong co xoay chiều đồng bộ ba pha
2-2 DAC TÍNH CĨ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIF"' KÍCH TỪ ĐỘC LAP
Ehi nguơn điện một chiêu cĩ cơng suất vơ cũng lớn và điện ấp
khơng đổi thị mạch kích từ thường mắc song song với mạch phân
ứng, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ song song
ftình 3~1 Sở đồ nối dây của động cĩ Hình 1~ ¿Số đồ nối dây cua động cĩ
kích tử song song kich tư dée lập
Khi nguồn điện một chiều co cơng suảit ¡hơng đú lớn thị mạch
liện phân ứng và mạch kích từ mác vào hai nguơn một chiéu doc
lập với nhau (H,2~2!, lúc này động cơ được gọi là đơng cơ kích từ
độc lập
2~2.† Phương trình, đặc tính cơ
Theo sơ độ H.2—~1 và H22, cĩ thể viết phương trình cản bằng
Trang 23Đụ = E,+ + Rel, : (2-1)
trong đĩ: U, - điện áp phần ứng V
&, — sức điện động phân ứng, V
Ry ~ điện trở của mạch phần Ying,
R, ~ điện trở phụ trong mạch phần ứng, @
lạ ~ dịng điện mạch phần ứng,
Với -R t Song ty ton tory ch
Tụ:— điện trở cuộn đây phân ứng
Tạÿ điện trở cuộn cực từ phụ,
res điện trở cuộn bù
tạ điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện đơng E„ của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thúc: DN EE = ư Pw = Kdy (2-2) 2xa trong đĩ: ø.— số đơi cực từ chính,
Đ ~ số thanh dẫn tác dụng của cuộn đây phần ứng,
q - Số đơi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
® - từ thơng kích từ dưới một cưc từ, W,
œ - tốc độ gĩc rad/s
=->~ - hệ số cấu tạo của động cơ
Trang 24pXN Vi va) E,= bn l “60a pN K, =—— : Hệ số sức điện động của động cơ, 60a K K.= = 0,105K 9,55 Tu (2-1) va (2-2) ta cĩ: U R,+đ wet - ƒ—— Kod (2-4) K®
Biểu thức (2—4) là phương trinh đạc tỉnh cơ điện của động cơ
Mặt khác mơmen điện từ Mẹ, của động cơ được xác định bởi: My, = Kol, (2-8) suy ra lạ = Ma 5 = " K@ Thay giá trị ?„ vào (2—4) ta được: Ũ R,+đR —¬ —_ ốẽ (2-65 Kd (K@'“
Nếu bỏ qua các tốn thất cơ và tổn thất thép thì mơmen cơ
trên trục động cơ bằng mơmen điên từ ta ký hiệu là M Nghĩa la My, = M, = M Ủy Ry + Rị Wwe Ko (Koy? M (2-7) Đây là phuong trinh dac tinh co cla déng co dién mot chiéu kich từ độc lập
Trang 25Hoe và H2 ~—4 là nhưng đư‹ng thắng
wy A
‘inh `— © Đặc tính cổ điện của đơng cơ điện Hih 2-4 Dặc tính cĩ của dộng diện mơt
một chiệu kích tử độc lập chiêu kịch tử độc lap
Trang 26li trong đĩ R=R,+ Roo, = Ko R R Aw seme 1, = ——,M Kw) (Kir
Aw duce gọi là độ sụt tốc độ ứng với gid tri cla M
Ta cĩ thể biểu điển đạc tình cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị tương đổi với điều kiện từ thơng là định mức (® = ®¿jm) , w I M ` R trong do wos, [s—, M' s—-, R= - ty lạm Mam Roy am : ; x (Ruy = 7 được gọi là điện trở cơ bản) dm ‘Tu (2-4) va (2-7) ta viết đạc tỉnh cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tương đơi * w =l-RT (2-18) ø ở =1 ~ RM' 9-14)
2-2.2 Xét ảnh hướng các tham số đến đặc tinh co
Từ phương trình đặc tính cơ (2~7) ta thấy cĩ ba tham sở anh hưởng đến đạc tính cơ: từ thơng động cơ ®, điện áp phần ứng U, va
điện trở phần ứng động cơ Ta lần lượt xét ánh hưởng của từn,
tham số đĩ
q:.Ính hưởng của diện trỏ phan ứng
Giá thiết Ứ, = ạu = const và ® = ®ụ„ = const
Trang 27/ AM (Ky! Độ cứng của đặc tính cơ: 8=—— Aw R, +R, Khi R, cng lon, Ø càng nhỏ nghia là đặc tính cơ càng đốc Ứng với R, = 0 ta cĩ đặc tính cơ tự nhiên: Any = - (Kb, ) N= (2-17) ư Ổrn cĩ giá trị lớn nhất nên đạc tính cơ tự nhiên cĩ độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính cĩ điện trở phụ Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R, ta được một họ đặc
tính biến trở cơ đạng như
2-5 Ung voi một phụ tai M, Hinh 2-5, Cac dae tinh cua động cĩ
nào đĩ, nếu ƒ, càng lớn thì tốc một chiều kích tử độc lập khi thay đổi
độ cơ cảng giảm, đồng thời ˆ điện trổ phụ mạch phần ứng
dịng điện ngán mach va
mơmen ngắn mạch cũng giảm Cho nên người ta thường sử dụng
phương pháp này để hạn chế dịng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ
phía dưới tốc độ cơ bản
b; Ảnh hướng của diện úp phần ứng
Giả thiết từ thơng ® = tạm = const, điện trở phần ứng
Trang 28Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song =I song với đặc tính cơ tự “% nhiên như H.2-6 Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp tgiảm áp) thì mơmen ngắn mạch, dịng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng -
giảm ứng với một phụ /⁄ 2~—s Các đặc tính của động cĩ một chiều kích tử
tải nhất định Do đĩ độc lập khi giảm áp đăt vào phần Ung déng co
phương pháp này cũng
được sử dụng để điều chỉnh tơc độ động cơ và han chế dịng điện khi
khởi động
c) Anh hưởng của từ thơng
Giả thiết điện áp phân ứng U, = Uạm = const Điện trở phần
ing R, = const Muén thay đổi từ thơng ta thay đổi dịng điên kích từ 7, động cơ Trong trường hợp này: uy Tốc do khong tai: ww, =——*™ = var Ko 2 (K@)° D6 cting dac tinh co: B= — R “ = var ư
Do cấu tạo của động cơ điện thực tế thường điều chỉnh giảm từ
thơng Nên khi từ thơng giảm thì %„ tảng, cịn Ø sẽ giảm Ta cố một họ đặc tỉnh cơ với øư„ tăng dân và độ cứng của đặc tính giảm dân
Trang 29
thịnh 2-7 Qao TH: cĩ didn (a) và đặc tỉnh cĩ (b) cua déng cĩ diện một chiêu
kích tử độc lập khi giảm tử thơng Ta nhận thậ„ rằng khi thav đổi từ thơng:
up
Dong dten ngan mach Tậm = —— =const
R ư
'iomen ngan mạch: M,„ = K® J, = var
Cite Jac tinh ca điền và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ
thơng được biểu diễn trên H.2—~174 6,
Với dạng uomen phụ tải 4, thích hợp với chế độ làm việc cụ động cơ thì khi giảm từ thơng tốc độ động cơ tăng lên (xem H.3- 7ơ)
2-2.3 Cách vê các đặc tính cơ
Trong phần này ta nêu phương phap tính tốn và dựng các đường
đặc tính của động cơ khi biết các thơng số của động cơ
aj) Cách ẽ đặc tính tụ nhiên
Vi dac tinh cua dong co là đường thẳng nên khí vẽ ta chỉ cần vác
lịnh hai điểm của đường thẳng Ta thường chọn điểm khong tai ly
rưởng và điểm định mức
Trang 30— Đặc tinh co tu nhién (xem H.2~-8a) Điểm thứ nhất: = 0, =w,) ẹ U Uam ~ lame w= dm : KP 4, =._ đm đmˆ`ư KP y,, Yam Điểm thứ hai: (Œ = đậm, 0= @m) _ "am am © "9.55 l 1 i M MẠI
a) Lim TA) Ù đm Âm)
Hinh 2-8, Cách về đặc tinh cĩ điện tử nhớt: ca, và đạc tình cĩ tự nhiên (bị của đơng cĩ một chiều kích tử độc lập — Đặc tính cơ tự nhiên (xem H.2—80) Điểm thứ nhất: (M = 0;œ = œ2) Xác định œ„ như ở đặc tính cơ điện Điểm thứ bai: (M=M P trong để: “im Mu = 2" Nm dm? = Gym) w tị b¡ Cách uêẽ đọc tình nhân tạo Đặc tnh biển trỏ tải lý tưởng œ„„ vì v
xác đặc tính biến trở đều đi qua điểm khơng
ay khi về các: đặc tỉnh này chỉ cần xác định điểm
Trang 31
thứ hai Thường chọn là điểm ứng với tài định mức:
Đối với đặc tính cơ điện œ ứng với làm
Đối với đặc tính cơ œ ứng với Mu
Từ phương trình đặc tỉnh cơ điện tự nhiên (2—6) ta cĩ: Uam ~ đam K® Yam = dm Và từ phương trỉnh đặc tính biến trở tính được: „ —— Đạm = lạmŒ, + Rị | gm Ko a“ Lập tỉ số —— và sau khi biến đổi ta được: w d dm m Yam 7 Lam Ry + Be | tam = “am dm dm ‘Su f (2-18) m Dam ~ Tan Ry Từ các số liệu đã biết trên ta vẽ được các đặc tỉnh biến trở A.2-9a,6 w M 1 dm a) dm i b)
Hint 2-9 Caen vé dae tas siến trồ của động cĩ điện một chiều kich tư độc lâp
a› Đặc tỉnh cĩ điện, b) Đặc tính cơ
Trang 32phương pháp tỉnh gân đúng là dựa vào giả trị hiệu suất định mức đã
biết ;„„ và tính được tổn thất của máy điện ở chế độ định mức Coi
gan đúng phần tổn thất do điện trở phân ứng gây ra bằng một nửa
tổn thất Như vậy ta tính gần đúng giá tri điện trở phần ứng là:
Dan
Rụ = 0.50 ~ gg) 5 (2-19)
dm
€2 Cách uẽ đặc tính giảm từ thơng
Như phần trên đã nêu khi giảm từ thơng, đạc tính cơ và đạc tính
cơ điện của động cơ khơng đồng nhất với nhau do vậy cần phải xét
riêng từng loại đặc tính
Đặc tỉnh cơ điện
Khi giảm từ thơng tốc đơ khơng tải động cơ táng tỷ lệ với độ suy
giảm của từ thơng Cịn dịng điện ngán mạch lạm giữ khơng đổi Vì
vậy khi vẽ đàc tính cơ điện ta cần xác định hai điểm: Điểm khơng
tải lý tưởng ứng với giá trị suy giảm từ thơng và điểm cịn lại là
dịng ngắn mạch lam
©
- Goi d6 suy giam từ thơng là x = ta CỐ 0y = 0+ x là giá trị tốc độ khơng tải khi giảm từ thơng ~ Dịng điện ngán mach Tìm được tính U udm lim = R (2~20) u
Cach vé dac tinh co
điện giảm từ thơng được
chi trén H 2~10
Dae tinh ca
Cách về dac-tinh cơ #linh-3~ Ì44.Đặc tình cĩ điện khi giảm
Trang 33tự nhữ: đặc tinh: cơ điện
những thay vào giả trì Tyạ khơng đổi ở đác tính
cơ điện bang giá tri mơmen ngắn mach thay đổi M mdm Mp Sa x 2-21 2-2.4 Khởi động va tính tốn điện trở
khởi động lĩnh 2—11 Đặc tính cĩ khí giảm tử thơng Từ phương trình đặc tính cơ điện da cd:
Véi dac tinh tu nhién (R = R,) khi khoi dong, ta thay dong dién
khởi động bạn đầu là:
Ỏ những động cơ cơng suất trung bình và lớn, #4 thưởng co
giá trị khá nhỏ nên đồng khởi động bạn đầu dịng ngắn mạch!
Tìm am = (20 + 2511 Une
Với giá trị dịng điện khởi đơng lớn se khơng cho phép vé mat chuyển mạch và phát nĩng của đơng cơ cung như sụt ap trên lưới
điện Tác hại này con nghiêm trong hơn đổi với những hé thong can
khởi động, hãm máy nhiều lan trong qua trình làm việc
Để han chế dịng điên khởi động ta cơ thê giảm điện áp nguồn đạt vào phân ứng động cơ diện hoạc nổi thém điên trở phụ Ÿ, vào
mạch phân ứng Phương pháp thứ nhất được sử dụng trong những
Trang 34dụng khi động cơ được cung cấp điện áp cơ định Sau đây ta khảo
sát phương pháp khởi động dùng các điện trở phụ cịn phương pháp
thứ nhất sẽ được nghiên cứu trong các chương sau
Sơ đồ nổi dây của động cơ trình bày trên H.2—12 Trị số của điện trở phụ tổng mắc trong mạch khởi động được chọn sao cho khi khởi động (œ¿ = 0) thì dịng điện khởi động khơng vượt quá 2,5 ?„ để đảm bảo an
tồn cho đơng cơ và các cơ cấu truyền động Ngồi ra Lam
cũng khơng nên quá nhỏ khiến cho M,„„ cũng nhỏ đi so
với mơmen' cản Thơng inh 3-12 $048 đầu đây của để tướng 1 soa s Ug m lạm am = —=———< (2+ 2511 R, + R, dm (2—22) Rhi tốc độ tăng lên dịng điện phần ứng giảm dần theo biểu thức; 7 am = Ke ———— (2-23) Rụạ +, Muốn cho quả trình táng tốc độ
được tiến hành đều
Trang 35điện trở phụ nhờ các:tiếp điểm 4K :2X, 3N của các cơngtácto,
Qua trình khởi đơng động cơ sẽ lami việc trên một loạt đường đặc
tình nhân tao cĩ đơ đốc giảni dần tương ứng với việc cắt đần các điện trở phụ tại các điểm ø e e; cuối cùng động cơ tàng tốc độ trên
đặc tính tự nhiên và làm việc én định tại điểm A O do dịng điện động cơ hàng dịng tải J = [5 Muơn xác đỉnh trị số điện trở phụ khởi động cĩ thể dùng các phương pháp sau: a) Phuong phap dé thị — Dựa vào các thơng số của động cơ vẽ đặc tính cơ tu nhiên (H.2-13) ~ Chọn hai giới hạn chuyển dịng điện khởi động động cơ: l s(2 + 25 là (2-24) 1,2 (1.1 + 18)4, (2-28)
Lây giá trị 7¡, 7; trên trục hồnh: Từ , 1; kẻ hai đường dĩng song song với trục tung cát đường đặc tính tự nhiên tại ø và Ð, nối
œq„ với h (Ij) ta được đặc tính khởi động đầu tiên: đặc tính này cắt đường dĩng 1; tại ø Tại ø ta kẻ đường song song với trục hồnh cát đường đĩng ¡¡ tại ƒ Nối œ„ với ƒ ta được đường đặc tính khởi động
thứ hai Cứ tiếp tục như vậy tới khi từ e kẻ đường song song với trục hồnh sẽ gập điểm ư, Nếu điều kiện này khơng thỏa mãn ta
phải chọn lại 7, hoặc 1; rồi vẽ lại cho tới khi đạt được Ngồi ra đặc
tính khởi động cịn phải đảm bảo số cấp khởi động đã yêu cầu
~ Xác định giá trị các điện trở khởi động:
Dựa vào biểu thức của độ sụt tốc độ Aø trên các đặc tính đã vẽ
Trang 36- Từ đĩ rút ra: X2NTI T ÂUN lầy = AI Ry Wp Qua đồ thị ta cĩ: id — ib bd Ry = TS Ry — Ry th tụ Tương tự như vậy: ;£ - ta df Ry = Ry = Ry tụ th th — fh Ris a Ry = ly Ry bì Phương pháp giải tích (2-26) 12-27) (2-23)
Giả thiết động cơ được khởi động với m cấp điên trở phu Đặc
Điện trở phụ ở mỗi cập ta cũng ký hiệu là Py Rp, - trở tổng ứng với mỗi đặc tình là: Rị= Ry + Rụ Ry= Ry + Ry + Ry Ry, =Ryt+ Ry + Re + + R= Ry + Ry + Ry ti + Rig Tai điểm g trén H.2-13 ta cs: Tại diém f tm-?
tỉnh khởi động dốc nhất là đạc tính khởi động thư (m); ví dụ trên
đồ thị H.2—13 là dac tinh 3 Cac đặc tính khởi động tiếp theo sẽ la im ~ l1 ứn — 3)
- #rm và điện
Trang 37Trong đĩ #„ là sức điện động của động cơ ứng với œ„, lập tỉ số 1/1; ta cĩ: ay = R,, - 1; đi
Tương tự đối với các cấp tiếp theo ta được
I wee BM em! Loe lt ag, R R, R !2~30) 1Q Ry-) Rạ-¿ R,
1
A =T— là bội số dịng điện khởi động Ta lần lượt rut ra: R, = IR, R, = IR, = FR, 3 R,= IR, = FR, (2-31) lạ = AR„., = Ấ"R Theo (2-31) ta thay:
— Nếu biết số cấp điện trở khởi động m va R,, R, ta tinh duge
Trang 38— Nếu biết 4, đạm Rụ ta xác định được sơ cấp điện trở khởi động m: lg = lg ¬" Ig = m ““== = "a = a (2-34) Trị số từng cấp điện trở khởi động tính như sau: Ry = R, - R, = AR, - Ry = A- DR, Ry = R,- R, = VR, - IR, = MA~ DR, (2~35) oye? = Rgwy 7 Rye = AUR, ~ UR, = = APR Ry
Rim = Ry ~ Ryep = Ry = IR, = PU DR,
Như vậy xác định điện trở khởi động bang phương pháp giải tích cĩ thể tiến hành trong các trường hợp sau.đây:
+ Khi cho trước số cấp diên trỏ khỏi dơng m va yêu cầu khỏi
động nhanh (mở máy cưỡng bite)
~ Chọn giới hạn dịng điện khởi động †¡ là cực đại cho phép: 7 = 2,52 ,,, va tinh ám h — Theo biểu thức (2-33) tính 4 R= m
— Theo các biểu thức (2—35) xác định trị số các cấp điện trở khởi
động cin thiét: Ry; Ry R, nm m'
+ Khi cho trước số cấp điện trở khởi dộng m, chế độ khdi động
bình thường:
— Chọn giới hạn dịng điện chuyển khi khởi động:
1 = 1+ 80
— Tu 2-82) hoac (2-88) thay 1, = A, hoac 1 =1
Trang 39U, aes ám (2-36) m+ +; ¬ hoặc Ä = —— (2-37) wi
— Theo biéu thtte (2-35) xác định trị số các cấp điện trở khởi
dong Ry, Rey , Ry m:
+ Khi cần xác dịnh số cấp điện trỏ khỏi động m 0à cĩc điện trở
khỏi dộng theo các điều kiên khỏi dộng cho trước
— Dựa vào các yêu cầu của truyền động và khởi động chọn các
gia tri ca 7,, I,,M,, Ms
— Theo biểu thie (2-32) tinh 4
~ Theo biểu thức (2-34! tính số cấp điện trở khởi động m Nếu
m tinh được khơng phải là số nguyên thi phải chọn lại 7M, hoặc
1,M, va tinh lai cho dén khi m là số nguyên
— Theo các biểu thitc (2~35) xdc dinh trị số điện trở ở mơỗi cấp
2-2.5 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mơmen quay ngược chiều tốc độ quay Trong tất cả các trạng thái hâm, động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát
Đơng cơ điện một chiều kích từ độc lập cĩ ba trạng thái hãm: Ham tái sinh, hãm ngược và hãm động nàng (xem §1~4)
a) Ham tai sink (ham trad nàng lượng uê lưới
tầm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ
khơng tải lý tưởng Khi hăm tái sinh £, >Ù, động cơ làm việc như
một máy phát điện song song với lưới Š5o với chế độ động cơ, dịng điện và mơmen hãm đã đổi chiều và được xác định theo biểu thức:
Trang 40Tri sé ham lớn
dan lén cho dén khi
cân bằng với mơmen phụ tải của cơ cấu
sản xuất thì hệ thống 2 se cay Ị 6 2
làm việc ổn định với OHS, wae @ é | — toc dd wy > we VÌ sơ đồ đấu dây của mạch động cơ | vẫn khơng thay đổi i ` Moo ee nên phương trinh £ đặc tính cơ tương tự như (2-7) nhung
momen co gid tri 4m
Đường đặc tinh cơ a
ở trạng thái hãm tải
sinh nằm trong gĩc
phân tư thứ hai và
thứ tư của mat Hinh 2~}4 O&e tinh cĩ hàm tái sinh của
phẳng toa độ đồng cĩ kịch tử độc lập
Trong trạng thái ham tái sinh dịng điện hãm đổi chiều và cơng suất được đưa trả về lưới điện cĩ giả trị P = tE - U)i Dây là phương pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh.ra điện năng hữu ¡ch
Trong thực tê cơ cầu nâng hạ của cần trục khi nâng tải động cơ
được đấu vào nguơn theo cực tỉnh thuận và làm việc trên đặc tính
cơ nằm trong gĩc phần tư thứ I Khi muốn hạ tải ta phải đào chiều điện áp đặt vào phân ứng động cơ Lúc này nếu mơmen do trong tải gây ra lớn hơn mơmen ma sát trong các bộ phân chuyên động của cơ cấu động cơ điện sẻ lâm việc ở trạng thái hãm tái sính Trên H.2- lỗ: Khi bạ tải, đế hạn chế dịng khởi động ta đĩng thêm: điện
trở.phụ vào mạch phân ứng Tĩc: độ động cơ tăng dần lên khi lốc độ
gân đạt tới giá trị œ¡ ta cát điện trở phụ, động cơ tăng tốc độ trên