lý thuyết truyền động điện

1 Khái niệm đặc tính máy sản suất động điện? Ý nghĩa việc nghiên cứu đặc tính (đặc tính điện)? Máy sản suất: + đặc tính máy sản suất quan hệ tốc độ quay momen cản: Mc = f(𝜔) + biểu thức tổng quát : Mc = Mco + (Mđm – Mco)( 𝜔 𝜔đ𝑚 )q Động điện: + đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay momen động cơ: M = f(𝜔) Biểu thức tổng quát: 𝑴𝒄 = 𝑴𝒄𝒐 + (𝑴đ𝒎 − 𝑴𝒄𝒐 )( ⍵ ⍵đ𝒎 )𝟐 Ý nghĩa: - việc nghiên cứu đặc tính (đặc tính điện) để xác định trạng thái làm việc động hệ truyền động điện Để tìm kiếm trạng thái làm việc từ thông số yêu cầu tốc độ, mômen, dòng điện động v ta phải tạo đặc tính động tương ứng Muốn vậy, ta phải ta phải nắm vững phương trình đặc tính đặc tính loại động điện, từ hiểu phương pháp tạo đặc tính nhân tạo phù hợp với máy sản xuất cho điều khiển động cho có trạng thái làm việc theo yêu cầu công nghệ Vẽ sơ đồ đấu dây động điện chiều kích từ độc lập? Động chiều kích từ song song? Với điều kiện động chiều kích từ độc lập coi động chiều kích từ song song? a) Sơ đồ đâu dây động điện chiều kích từ độc lập b) Sơ đồ đâu dây cộng điện kích từ song song - Điều kiện để kích từ độc lập xem kích từ song song: + Nguồn cấp cho phần ứng kích từ độc lập + Khi nguồn có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mắc kích từ song song với phần ứng, lúc động gọi động điện chiều kích từ song song Các bước tiến hành xây dựng phương trình đặc tính đặc tính điện động chiều kích từ độc lập? Bước 1: Xác định sơ đồ mạch kích từ với mạch phần ứng Đặc điểm động dịng điện kích từ khơng phụ thuộc vào phụ tải mà phụ thuộc vào điện áp điện trở mạch kích từ Để đảm bảo điều kiện ta mắc động theo cách sau: - Nếu nguồn chiều có cơng suất lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ mắc song song với mạch phần ứng Ta có sơ đồ nguyên lý sau: - Nếu nguồn chiều có cơng suất khơng đủ lớn nguồn kích từ phải độc lập với nguồn phần ứng Ta có sơ đồ nguyên lý sau: Bước 2: phương trình cân điện áp mạch phần ứng Uư = E + (Rư + Rf).Iư (1) Trong đó: Uư – điện áp phần ứng động (V) E – sức điện động phần ứng động (V) Rư – điện trở mạch phần ứng Rf – điện trở phụ mạch phần ứng Iư – dòng điện phần ứng Sức điện động phần ứng tính theo đơn vị tốc độ: Tốc độ 𝜔 (rad/s) 𝐸 = 𝑝.𝑁 2𝜋.𝑎 ∅ 𝜔 = 𝐾 ∅ 𝜔 Trong đó: Trong đó: p : số đơi cực từ N : tổng số dẫn cuộn dây phần ứng a : số mạch nhánh song song 𝝓 : từ thơng kích từ cực Tốc độ n (vịng/phút) 𝐸 = 𝐾e ∅ 𝑛 (2) 𝑝.𝑁 Hệ số kết cấu động cơ: 𝐾 = Qui đổi tốc độ động cơ: 𝜔 = 2𝜋.𝑎 2𝜋.𝑎 60 Hệ số kết cấu động (tính theo tốc độ vịng/phút): Ke = 𝐾 9,55 = 0,105.K Điện trở mạch phần ứng: R = rư + rctf + rctb + rtx Trong đó: rư – điện trở cuộn dây phần ứng động rctf – điện trở cuộn dây cực từ phụ động rctb – điện trở cuộn dây cực từ bù động rtx – điện trở tiếp xúc chổi than với cổ góp động bước 3: Từ phương trình điện áp hệ số kết cấu động ,ta được: phương trình đặc tính điện: Thay (2) vào (1) ta biến đổi được: 𝜔= 𝑈ư 𝐾.∅ - 𝑅ư +𝑅𝑓 𝐾.∅ I Momen điện từ động cơ: Mđt = K ∅ 𝐼 Bỏ qua tổn thất ma sát ổ trục, tổn thất cơ, tổn thất thép: Mcơ ≈ Mđt ≈ M I= 𝑀đ𝑡 𝐾.∅ ≈ 𝑀 𝐾.∅ Phương trình đặc tính cơ: Mặt khác: Mđt động xác đinh theo biêu thức sau: Mđt = 𝑝.𝑁 2𝜋𝑎 Ta rút ra: 𝐼= 𝑀đ𝑡 K.ϕ (3) 𝝓I = K.𝝓.I Thay (2) (3) vào (1) ta được: 𝜔= 𝑈 𝐾.∅ - 𝑅ư + 𝑅𝑓 (𝐾.∅)2 M = 𝑈ư 𝐾.∅ - 𝑅∑ (𝐾.∅)2 M Từ phương trình đặc tính cơ-điện phương trình đặc tính cơ, với giả thiết phần ứng bù đủ f = const vẽ đặc tính cơ-điện đặc tính đường thẳng ảnh hưởng tham số tới phương trình đặc tính động chiều kích từ độc lập? Phương trình đặc tính cơ: ω = U K.ϕ – Rư + Rf (K.ϕ)2 M Ảnh hưởng Rư Rf : thay đổi Rf ω0 = const cịn Δω thay đổi Vì vậy, ta đường đặc tính điều chỉnh có ω0 dốc dần Rf lớn, với M ω thấp Ảnh hưởng ϕ: Khi thay đổi ϕ ω0 Δω thay đổi Vì vậy, ta đường đặc tính điều chỉnh dốc dần (độ cứng β giảm) cao hoen đặc tính tự nhiên ϕ nhỏ, với M ω cao giảm từ thông ϕ Ảnh hưởng điện áp phần ứng Uư: Khi thay đổi Uư ω0 thay đổi cịn Δω = const Vì vậy, ta đường dặc tính điều chỉnh song song với nhau, với M ω giảm Uư Cách vẽ đặc tính đặc tính điện động chiều kích từ độc lập? + Vẽ đặc tính cơ: - Vẽ đặc tính tự nhiên: Xác định thơng số: 𝜔đ𝑚 = 𝑛đ𝑚 9.55 𝑀đ𝑚 = 𝑃đ𝑚 1000 𝜔đ𝑚 Ta tọa độ điểm thứ đặc tính tự nhiên là: [ Mđm ; 𝝎đm ] Xác định thông số: với 𝜔0 = 𝑈đ𝑚 𝐾.𝜙đ𝑚 𝐾 𝜙đ𝑚 = 𝑈đ𝑚 − 𝐼đ𝑚 𝑅 𝜔đ𝑚 - Vẽ đặc tính nhân tạo: Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng tốc độ khơng tải lý tưởng khơng thay đổi nên ta vẽ đặc tính nhân tạo thông qua hai điểm sau: * Điểm thứ điểm khơng tải lý tưởng có tọa độ [ ; 𝝎0 ] * Điểm thứ hai điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [ Mđm ; 𝝎nt ] 𝜔𝑛𝑡 = 𝑈đ𝑚 − 𝐼đ𝑚 (𝑅ư + 𝑅𝑓 ) 𝐾 𝜙đ𝑚 Nối điểm thứ thứ hai ta vẽ đường đặc tính nhân tạo Ta tính thêm điểm thứ ba điểm ngắn mạch: Hình vẽ hồn thành đặc tính cơ: + Vẽ đặc tính cơ-điện: - vẽ đặc tính cơ-điện tự nhiên: Tương tự đặc tính cơ: Ta xác định điểm thứ đặc tính cơ-điện tự nhiên có tọa độ: [ Iđm ; 𝝎đm ] Ta tọa độ điểm thứ đặc tính tự nhiên là: [ ; 𝝎0 ] Nối điểm vừa tiềm ta đường thẳng đặc tính tự nhiên - vẽ đặc tính cơ-điện nhân tạo: Tương tự đặc tính cơ: Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta xác định đượ điểm thứ đặc tính cơ-điện có tọa độ [ ; 𝝎0 ] Ta xác định tiếp điểm thứ hai đặc tính cơ-điện nhân tạo có tọa độ: [ Iđm ; 𝝎nt ] Nối hai điểm vừa tiềm ta vẽ đường thẳng đặc tính cơ-điện nhân tao Ta tính thêm điểm thứ ba điểm ngắn mạch: Hình vẽ hồn thành đặc tính cơ-điện: Vẽ sơ đồ đấu dây động chiều kích từ nối tiếp? Đặc điểm cuộn dây kích từ động chiều kích từ nối tiếp? Động điện chiều kích từ nối tiếp có sơ đồ mạch kích từ nối tiếp phần ứng nguồn chiều cấp chung cho hai mạch Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy dòng kích từ dịng phần ứng nên từ thơng động phụ thuộc vào dòng phần ứng phụ tải động Đặc điểm cuộn dây kích từ động chiều kích từ nối tiếp: + Cuộn dây kích từ động chiều kích từ nối tiếp chịu dịng lớn nên tiết diện to số vịng dây + dễ chế tạo hư hỏng động nột chiều kích từ độc lập + Dịng điện qua cuộn kích từ dịng điện qua phần ứng động + Dịng kích từ dịng phần ứng dịng cho mạch + Lượng từ thơng động phụ thuộc vào dịng kích từ + Cuộn dây nối trực tiếp vào điện trở phần ứng nguồn chiều cung cấp điện Cách vẽ đặc tính đặc tính cơ-điện động chiều kích từ nối tiếp? Đường đặc tính cơ-điện: –Độ cứng mềm –Dạng đường hypebol –Có hai đường tiệm cận + Khi I → 0, ω → ∞ + Khi ω → – B, I → ∞ - - : Tiệm cận trục tung : Tiệm cận đường ω = – B = – (RΣ)/K.C Đối với động cho, ta cần lấy giá trị ⍵đm nhân vào trục tung lấy Iđm nhân vào trục hoành Ta đường đặt tính cơ-điện tự nhiên ⍵ = f(I) động Mặt khác ta xác định tọa độ điểm có tọa độ là: [⍵1 ; Iđm ] ( đặc tính cơ-điện nhân tạo) Đường đặc tính cơ: Có dạng tương tự đặc tính cơ–điện có hai đường tiệm cận + Khi M → 0, ω → ∞ : Tiệm cận trục tung + Khi ω → – B, M → ∞ : Tiệm cận đường ω = – B = – (RΣ)/K.C - Hãm động tự kích từ : Động làm việc với lưới điện (điểm A), thực cắt phần ứng kích từ động khỏi lưới điện đóng vào điện trở hãm Rh Do động tích luỹ động cơ, động quay làm việc máy phát tự kích biến thành nhiệt điện trở Đồ thị đặc tính hãm động tự kích từ: Trong q trình hãm, tốc độ giảm dần dịng kích từ giảm dần, từ thơng động giảm dần hàm tốc độ, đặc tính hãm động tự kích từ giống đặc tính khơng tải máy phát tự kích từ So với phương pháp hãm ngược, hãm động có hiệu có tốc độ hãm ban đầu, tốn lượng 10 Các trạng thái hãm động chiều kích từ nối tiếp? Động kích từ nối tiếp 𝜔0 ≈ ∞ , nên khơng có hãm tái sinh mà có hai trạng thái hãm: hãm ngược hãm động Hãm ngược: - thêm điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng: động làm việc A, thêm Rf lớn vào phần ứng, động chuyển sang B,C thực hãm ngược đoạn CD - Đảo chiều điện áp phần ứng: Động làm việc điểm A đặc tính tự nhiên (1) với: Uư > 0, chiều quay 𝜔 > , làm việc chế độ động cơ, chiều momen trùng với tốc độ Nếu đổi cực tính điên áp phần ứng Uư < 0( dịng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào để hạn chế) giữ nguyên dòng kích từ dịng điện phần ứng đổi chiều Iư < momen đổi chiều, động chuyển sang điểm B đặc tính (2) Dịng điện momen lúc hãm 𝐼ℎ = −𝑈−𝐸 𝑅+𝑅𝑓 = 𝑈+𝐾.∅.𝜔 𝑅+𝑅𝑓 < 𝑀ℎ = 𝐾 ∅ 𝐼ℎ < Phương trình đặc tính 𝜔= −𝑈 𝐾.∅ - 𝑅+𝑅𝑓 (𝐾.∅)2 M Hãm động Hãm động kích từ độc lập: - Động làm việc với lưới điện thực thao tác: + phần ứng động cắt khỏi lưới điện đóng vào điện trở hãm Rh + cuộn kích từ nối vào lưới điện qua điện trở phụ cho dịng kích từ có chiều trị số khơng đổi (Ikt.đm) + Như giống với trường hợp hãm động kích từ độc lập động kích từ độc lập Động làm việc bình thường với lưới điện (điểm A), hãm điểm làm việc dịch chuyển sang B1 B2 (đẳng tốc) tùy theo điện trở hãm Rh1 hay Rh2 Kết thuốc hãm điểm Phương trình đặc tính hãm động năng: 𝜔 = 𝑅∑ +𝑅ℎ (𝐾.∅)2 M Hãm động tự kích từ: • Động làm việc bình thường với lưới điện, phần ứng phần kích từ củng ngắt khỏi lưới điện, đóng nối tiếp vào điện trở hãm Rh, tạo thành mạch kính Dịng kích từ phải giữ nguyên theo chiều cũ động tích lũy động cơ, động quay làm việc máy phát tự kích biến thành nhiệt điện trở • Động làm việc bình thường với lưới điện(điểm A) Khi hãm điểm làm việc dịch chuyển sang B1 B2 (đẳng tốc) tùy theo điện trở hãm Rh1 hay Rh2 Kết thúc hãm điểm Phương trình đặc tính hãm động tự kích từ: 𝜔=- 𝑅+𝑅𝑘𝑡 +𝑅ℎ (𝐾.∅)2 M Từ thơng giảm dần q trình hãm động tự kích từ 11 Các bước tiến hành xây dựng phương trình đặc tính động khơng đồng pha? 12 Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính động khơng đồng bộ? a Ảnh hưởng điện áp lưới (Ul) Khi điện áp lưới suy giảm, mômen tới hạn Mth giảm bình phương lần độ suy giảm UL Trong tốc độ đồng ω0, hệ số trượt tới hạn sth khơng thay đổi, ta có dạng đặc tính UL thay đổi Qua đồ thị ta thấy: với mômen cản xác định (MC), điện áp lưới giảm tốc độ xác lập nhỏ Mặt khác, mơmen khởi động Mkđ = Mnm mơmen tới hạn Mth giảm theo điện áp, nên khả tải khởi động bị giảm dần Do đó, điện áp q nhỏ (đường U2, …) hệ truyền động khơng khởi động không làm việc b Ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stato Khi điện trở điện kháng mạch stato bị thay đổi (thêm trở kháng phụ Rlf, Xlf), ω0 = const, mơmen Mth sth giảm, nên đặc tính códạng hình: Qua đồ thị ta thấy: với mômen Mkđ = Mnm.f đoạn làm việc đặc tính có điện kháng phụ (Xlf) cứng đặc tính có Rlf Khi tăng Xlf Rlf Mth sth giảm Khi dùng Xlf Rlf để khởi động để hạn chế dịng khởi động, dựa vào tam giác tổng trở ngắn mạch để xác định Xlf Rlf c Ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch rôto Khi thêm điện trở kháng phụ (R2f, X2f) vào mạch rơto, ω0 = const, Mth = const; cịn sth thay đổi, nên đặc tính có dạng hình: Qua đồ thị ta thấy: đặc tính trở kháng phụ R2f, X2f tăng tốc độ trượt sth giảm, độ cứng đặc tính giảm Với phụ tải khơng đổi có R2f, X2f tăng tốc độ làm việc động giảm, dòng điện khởi động giảm d Ảnh hưởng tần số lưới cung cấp cho động Khi điện áp nguồn cung cấp cho động có tần số (f1) thay đổi → tốc độ từ trường ω0 tốc độ động ω thay đổi theo Qua đồ thị ta thấy: Khi tần số tăng (f13 > f1.đm), Mth giảm, (với điện áp nguồn U1 = const, Mth giảm theo tỉ lệ bình phương tần số) : 𝛽= 𝑓12 Khi tần số nguồn giảm: (f11 < f1đm, …), giữ điện áp U1 khơng đổi, dịng điện động tăng lớn Do vậy, giảm tần số cần giảm điện áp theo quy luật định cho động sinh mômen chế độ định mức 13 Cách tính điện trở khởi động động không đồng bộ? Phương pháp đồ thị, tiến hóa đặc tính khởi động 𝑆𝑛𝑡 𝑆𝑡𝑛 - 𝑅2 𝑅2𝑓 𝑅2 => 𝑅2𝑓 = Từ đồ thị ta có điện trở phụ cấp: 𝑅2𝑓1 = 𝑅2𝑓2 = ℎ𝑎 − ℎ𝑐 ℎ𝑒 ℎ𝑐 − ℎ𝑒 ℎ𝑒 R2 = R2 = 𝑎.𝑐 ℎ𝑒 𝑐.𝑒 ℎ𝑒 R2 R2 𝑆𝑛𝑡 −𝑆𝑡𝑛 𝑆𝑡𝑛 𝑅2 14 Các trạng thái hãm động khơng đồng bộ? Động điện có trạng thái hãm: - Hãm tái sinh: + Hãm tái sinh động cơ: (⍵ > ⍵0) có trả lượng lưới + hãm tái sinh MSX trở thành nguồn động lực: Mạch động lực sơ đồ hoạt động + hãm tái sinh giảm tốc độ cách tăng số đôi cực: Mạch động lực sơ đồ hoạt động + hãm tái sinh đảo chiều từ trường stato động cơ: Mạch động lực - sơ đồ hoạt động Hãm ngược : +hãm ngược cách đưa điện trở phụ vào mạch roto: +hãm ngược bàng cách đảo chiều từ trường stato: - Hãm động năng: +hãm động kích từ độc lập: +hãm động tự kích từ 15 Trình bày nguyên lý điều chỉnh tốc độ động điện xoay chiều phương pháp thay đổi tần số nguồn? 16 Trình bày cấu trúc phân loại hệ thống truyền động điện tự động? Cấu trúc: - Phần lực (mạch lực): Lưới điện (nguồn điện) cấp điện đến biến đổi (BBĐ) động điện (ĐC) truyền động phụ tải (MSX) Các biến đổi: + Bộ biến đổi máy điện (máy phát điện chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại) + Bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà) + Bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (chỉnh lưu thyristor, điều áp chiều,biến tần transistor, thyristor) Động điện: + Một chiều, xoay chiều, loại động đặc biệt - Phần điều khiển (mạch điều khiển): + Cơ cấu đo lường + Bộ điều chỉnh tham số cơng nghệ + Khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ cơng nghệ cho người vận hành + Mạch ghép nối với thiết bị tự động khác với máy tính điều khiển Phân loại Truyền động điện không điều chỉnh: Động nối trực tiếp với lưới điện, dẫn động quay máy sản xuất với tốc độ định Truyền động có điều chỉnh: Theo cầu cơng nghệ sản xuất có hệ truyền động điều chỉnh sau + Truyền động điện điều chỉnh tốc độ + Truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo + Truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí (Các hệ hệ truyền động điện tự động nhiều động cơ) Theo cấu trúc tín hiệu điều khiển: Truyền động điện tự động điều khiển số, truyền động điện tự động điều khiển tương tự, truyền động điện tự động điều khiển theo chương trình Theo đặc điểm truyền động: Truyền động điện tự động với động điện chiều, động điện xoay chiều, động bước, v.v Theo mức độ tự động hóa: Truyền động khơng tự động truyền động điện tự động - Ngồi ra, cịn có hệ truyền động điện khơng đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v ... Theo đặc điểm truyền động: Truyền động điện tự động với động điện chiều, động điện xoay chiều, động bước, v.v Theo mức độ tự động hóa: Truyền động khơng tự động truyền động điện tự động - Ngồi... hệ truyền động điều chỉnh sau + Truyền động điện điều chỉnh tốc độ + Truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo + Truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí (Các hệ hệ truyền động điện. .. truyền động điện tự động nhiều động cơ) Theo cấu trúc tín hiệu điều khiển: Truyền động điện tự động điều khiển số, truyền động điện tự động điều khiển tương tự, truyền động điện tự động điều khiển