Giáo trình Truyền động điện: Phần 1 - Trương Xuân Linh

Truyền động điện là một trong các môn học cơ sở kỹ thuật của các chuyên ngành điện công nghiệp, tự động hóa, cơ điện…Nhằm cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về các phư[r]

(1)

GV: Trương Xuân Linh Page

Lời Mở Đầu

Truyền động điện môn học sở kỹ thuật chuyên ngành điện công nghiệp, tự động hóa, điện…Nhằm cung cấp cho người học kiến thức phương pháp điều khiển tốc độ hệ truyền động điện, tính chọn động điện cho hệ truyền động, phân tích cấu tạo, nguyên lý số thiết bị điển hình như: soft stater, inverter, biến đổi, lựa chọn biến đổi phù hợp với yêu cầu hệ truyền động

Với mục tiêu trên, nội dung môn học chia thành 11 sau: - Bài 1: Cấu trúc chung hệ truyền động điện

- Bài 2: Cơ học truyền động điện

- Bài 3: Các đặc tính trạng thái làm việc động điện - Bài 4: Điều khiển tốc độ truyền động điện

- Bài 5: Ổn định tốc độ hệ thống truyền động điện - Bài 6: Đặc tính động hệ truyền động

- Bài 7: Chọn công suất động cho hệ truyền động điện - Bài 8: Bộ khởi động mềm

- Bài 9: Bộ biến tần

- Bài 10: Bộ điều khiển máy điện servo - Bài 11: Bộ điều khiển tốc độ động DC

Các học xếp theo trình tự phù hợp với nhận thức phát triển nhận thức người học nghề, nhiên để đạt hiệu cao đọc giáo trình người học cần nắm vững kiến thức môn học sở khác, đặc biệt môn máy điện, điện tử công suất, trang bị điện

Đối với hệ cao đẳng kỹ thuật cao đẳng nghề cần nắm vững 10 giáo trình Tuy nhiên giảng cần tăng cường liên hệ, so sánh với cấu sản xuất, hệ thống truyền động cơng nghiệp để người học có nhìn tổng thể

(2)

(3)

BÀI 1: CẤU TRÚC CHUNG VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1. Định nghĩa hệ truyền động điện

Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử phục vụ cho việc biến đổi lượng điện thành cung cấp cho cấu công tác máy sản xuất, gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng theo u cầu công nghệ

2. Hệ truyền đông máy sản xuất

2.1 Truyền động máy bơm nước (hình 1-1) Động điện Đ biến đổi điện

năng thành tạo mômen M làm quay trục máy cánh bơm Cánh bơm cấu cơng tác CT, chịu tác động nước tạo mômen MCT ngược chiều tốc độ quay  trục, mơnem tác động lên trục động cơ, ta gọi mơmen cản MC cân với mơmen động cơ: M = MC hệ có chuyển động ổn định với tốc đ khơng đổi  = const

Hình 1-1 Truyền động máy bơm nước

2.2 Truyền động mâm cặp máy tiện (hình 1-2)

Cơ cấu cơng tác CT bao gồm mâm cặp MC, phôi ( kim loại) PH cặp mâm dao cắt DC Khi làm việc động Đ tạo mômen M làm quay trục, qua truyền lực TL

Hình 1-2 Truyền động mâm cặp máy tiện

(4)

M=MC hệ làm việc ổn định với tốc độ quay  = const độ cắt dao phôi không đổi

2.3 Truyền động cần trục máy nâng (hình 1-3) Cơ cấu cơng tác gồm trống tời TT, dây cáp

C tải trọng G Lực trọng trường G tác động lên trống tời tạo mômen cấu công tác MCT dời điểm đặt trục động ta có mơmen cản MC (thay cho MCT) Cịn động Đ tạo mômen quay M Khác với ví dụ trước cần trục máy nâng MCT (hoặc MC) có chiều tác động lực trọng trường định nên không phụ thuộc chiều tốc độ, nghĩa có trường hợp ngược chiều chuyển động - cấu công tác tiêu thụ lượng động cung cấp có trường hợp MCT chiều chuyển động - cấu công tác gây chuyển động, tạo lượng cấp cho trục động

Hình 1-3 Truyền động cần trục

3 Cấu trúc chung hệ truyền động điện

Hình 1-4 Cấu trúc hệ truyền động điện

Cấu trúc chung hệ truyền động điện: mơ tả khái quát cấu trúc hệ truyền động điện sơ đồ khối hình 1-4:

Trong đó:

BĐ: biến đổi dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành chiều ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng ngược lại), biến đổi số pha, tần số…

(5)

Đ: Động điện, dùng để biến đổi điện thành hay thành điện (khi hãm điện)

Các động điện thường dùng là: động xoay chiều không đồng ba pha roto dây quấn hay lồng sóc, động điện chiều kích từ song song, nối tiếp hay kích từ nam châm vĩnh cửu, động xoay chiều đồng bộ…

TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động điện đến cấu sản xuất

dùng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến lắc) làm phù hợp tốc độ, momen, lực Để truyền lực dùng bánh răng, răng, trục vít, xích, đai truyền, ly hợp điện từ…

CT: Cơ cấu công tác (cơ cấu sản xuất, cấu làm việc) thực thao tác sản

xuất công nghệ (gia công chi tiết, nâng hạ tải trọng, dịch chuyển…)

ĐK: Khối điều khiển, thiết bị dùng để điều khiển biến đổi BĐ, động điện Đ, cấu truyền lực

Khối điều khiển bao gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số công nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các rơ le, cơng tắc tơ) hay khơng có tiếp điểm (điện tử, bán dẫn) Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy tín hiệu phản hồi, loại đồng hồ đo, cảm biến từ…

Để thuận tiện cho việc khảo sát ta chia khâu hệ truyền động điện thành hai phần: phần điện (bao gồm lưới điện, biến đổi BĐ, mạch điện từ động Đ thiết bị điều khiển ĐK) phần (roto trục động cơ, khâu truyền lực TL cấu công tác CT) Việc nghiên cứu hệ thống phần

4 Phân loại hệ truyền động điện

Người ta phân loại hệ truyền động điện theo nhiều cách tùy theo đặc điểm động điện, mức độ tự động hóa, đặc điểm chủng loại thiết bị biến đổi, công suất hệ thống Từ cách phân loại hình thành tên gội hệ, ví dụ:

1.1.

Theo đặc điểm động điện

Ta có truyền động điện chiếu (dùng động điện chiều), truyền động điện không đồng (dùng động không đồng bộ), truyền động điện đồng (dùng động đồng bộ), truyền động điện bước (dùng động bước)

Truyền động điện chiều sử dụng cho máy sản xuất có yêu cầu điều chỉnh tốc độ mơmen Nó có chất lượng điều chỉnh tốt, nhiên động điện chiều có cấu tạo phức tạp, giá thành cao, địi hỏi cần có nguồn chiều Do khơng u cầu cao điều chỉnh, người ta thường sử dụng truyền động điện không đồng Trong năm gần truyền động điện không đồng phát triển mạnh mẽ, đặc biệt hệ có điều khiển tần số Những hệ đạt chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ chiều

4.2 Theo tính điều chỉnh

Ta có truyền dộng không điều chỉnh (động điện làm việc cấp tốc độ) truyền động điều chỉnh Các hệ truyền động không điều chỉnh thường phải kết hợp với hợp tốc độ để thực điều chỉnh khí, kết cấu phần phức tạp, chất lượng điều chỉnh thấp, giá thành máy sản xuất cao Các hệ điều chỉnh cho phép điều chỉnh tốc độ mômen máy sản xuất cách điều chỉnh từ động điện, kết cấu máy đơn giản, chất lượng điều chỉnh cao thuận tiện thao tác

(6)

4.3 Theo mức độ tự động hóa

Ta có hệ truyền động điện không tự động hệ truyền động điện tự động Các hệ truyền động không tự động thường đơn giản sử dụng đâu Lúc phần điện hệ có động điện khí cụ bảo vệ, đóng cắt Các hệ truyền động tự động hệ truyền động điều chỉnh vịng kín có mạch phản hồi Chất lượng điều chỉnh hệ cao, đáp ứng u cầu q trình cơng nghệ máy sản xuất

4.4 Phân loại khác

Như truyền động không đảo chiều truyền động đảo chiều, truyền động đơn (dùng động cơ) truyền động nhiều động cơ, truyền động vạn (có dung thiết bị biến đổi bán dẫn)

2. Phụ tải phần truyền động điện

2.1.

Phụ tải truyền động điện

Phụ tải cấu cơng tác hệ truyền động điện Phụ tải hệ truyền động điện đa dạng Tính chất loại phụ tải khác tạo nên hệ truyền động điện khác

Đặc trưng cho phụ tải hệ truyền động điện hình thành momen cản tác động lên trục động Mỗi cấu công tác khác tạo momen cản khác nhau, ví dụ như: momen cản năng, momen cản phản kháng, momen cản loại máy tiện, momen cản loại cần trục…

2.2.

Phần truyền động điện

Phần hệ truyền động điện bao gồm phần tử chuyển động từ roto động cơ cấu công tác Mỗi phần tử chuyển động đặc trưng đại lượng sau: - Lực tác động (F): N (Niuton)

- Momen tác động (M): Nm (Niuton mét) - Tốc độ góc (ω): rad/s (radian/giây) - Tốc độ thẳng (v): m/s (mét/giây)

- Momen quán tính (J): kgm2 (kilogam khối mét bình phương) - Khối lượng (m): kg (kilogam khối)

Chú ý: Nếu đại lượng cho theo đơn vị khác tính tốn cần đổi hệ đơn vị đo lường quốc tế (SI) nêu Ví dụ, lực cho theo KG, momen cho theo KGm, tốc độ cho theo vịng/phút, qn tính cho theo momen đà GD2 với đơn vị

KGm2, thì:

1KG = 9.8 N; 1KGm = 9.8 Nm; vòng/phút = 9,55 rad/s; GD2 [KGm2] = 4J [Kgm2]

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1: Chức nhiệm vụ hệ thống truyền động điện gì?

(7)

Bài 2: CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1 Các khâu khí truyền động điện, tính tốn quy đổi khâu khí truyền động điện

Như phân tích hệ truyền động điện bao gồm có phần khí Nó bao gồm phần tử chuyển động từ roto động cho

đến cấu sản xuất Mỗi cấu truyền động có đại lượng ω, M, v, F, J

Để dễ dàng cho việc nghiên cứu tính tốn, người ta thường tính quy đổi tất đại lượng trục động Nguyên tắc tính tốn quy đổi đảm bảo lượng hệ trước sau quy đổi không thay đổi

Hình 2.1 mơ tả cấu trúc học tổng quát truyền động cấu nâng hạ hàng Ta tính tốn, quy đổi đại lượng cấu sau:

1.1 Tính quy đổi momen Mc và lực cản Fc trục động cơ.

Giả sử tính tốn thiết kế người ta cho giá trị momen tang trống Mt qua hộp giảm tốc có tỷ số truyền i hiệu suất ηi Momen tác động lên trục động có

giá trị Mcqđ:

Trong đó: i i

 

 tỷ số truyền hộp giảm tốc ηt hiệu suất hộp tốc độ

Giả thiết tải trọng G sinh lực Fc có vận tốc chuyển động v, tác động lên trục động momen Mcqđ, ta có:

Hình 2.1: Sơ đồ động học cấu nâng hạ hàng

I: Động điện, II: Hộp tốc độ, III: Tang trống quay, IV: Tải trọng

v, F G

3

I

Jđ, ω, M i, ηi

Jt, ωt, Mt

4

(8)

Trong ;

1.2 Tính quy đổi momen quán tính J.

Các cặp bánh có momen qn tính J1, J2,… Jk, momen quán tính tang trống Jt,

khối lượng quán tính m momen quán tính động Jđ có ảnh hưởng đến tính chất

động học hệ truyền động điện

Nếu xét điểm khảo sát đầu trục động quán tính chung hệ truyền động điện điểm ta gọi Jqt Ta có momen qn tính phần tử thứ i làm việc với tốc độ

ωi tốc độ ω:

Đối với phần tử chuyển động thẳng với tốc độ Vi, công thức quy đổi từ khối lượng m momen quán tính tốc độ góc ω sau:

Tổng momen quán tính:

2.Đặc tính máy sản xuất, động cơ.

2.1. Đặc tính cấu sản xuất

Đặc tính biểu thị mối quan hệ tốc độ quay mômen quay:

ω = f(M) n = f(M)

Trong đó: ω - Tốc độ góc (rad/s)

n - Tốc độ quay (vg/ph)

M - Mơmen (N.m)

Đặc tính máy sản xuất quan hệ tốc độ quay mômen cản máy sản xuất: Mc = f(ω)

Đặc tính máy sản xuất đa dạng, nhiên phần lớn chúng biểu diễn dạng biểu thức tổng quát:

Mc = Mc0 + (Mđm – Mco)( )q (1-1)

(9)

Trong đó:

Mc mơmen cản cấu sản xuất ứng với tốc độ ω Mc0 mômen cản cấu sản xuất ứng với tốc độ ω =

Mđm mômen cản cấu sản xuất ứng với tốc độ định mức ωđm

Ta có trường hợp số mũ q ứng với trường hợp tải:

q Mc P

(Công suất)

Loại tải

-1 ~ Const Ứng với trường hợp đặc tính cấu máy quấn dây, giấy, cấu truyền động máy cắt gọt kim loại máy tiện (đường 1)

0 Const ~ ω Các cấu nâng - hạ, băng tải, máy nâng vận

chuyển, truyền động ăn dao máy gia công kim loại (đường 2) ~ ω ~ ω2 Máy phát điện chiều với tải trở (đường 3)

2 ~ ω2 ~ ω3 Đặc tính máy thủy khí: bơm, quạt, chân vịt tàu thủy (đường 4)

Ngoài ra, theo đặc điểm chiều tác dụng Mc so với chiều tốc độ ω ta chia momen cản thành hai loại sau:

- Momen cản năng: Là loại có chiều khơng phụ thuộc vào chiều tốc độ, ví dụ momen cản tải trọng sinh máy nâng, cần trục Nó có chiều hướng theo lực trọng trường không phụ thuộc vào chiều nâng hay hạ tải trọng Có thể biểu diễn loại Mc

như hình 2.3a

- Momen cản phản kháng: luôn chống lại chiều quay momen ma sát, momen cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại… (hình 2.3b)

q = q = q =

q= -1 Mc0 ωđm ω Mđm Mc

Hình 2.2 - Đặc tính cấu sản xuất ứng với trường hợp máy sản xuất khác

(10)

GV: Trương Xuân Linh Page 10

2.2 Đặc tính động điện

Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay mơmen động cơ: M=f(ω)

Hình 2.4trình bày dạng đặc tính số động điện thường gặp

Đường 1: Động điện đồng

Đường 2: Động điện xoay chiều không đồng Đường 3: Động điện chiều kích từ độc lập Đường 4: Động chiều kích từ nối tiếp

Đặc tính động điện chia đặc tính tự nhiên đặc tính nhân tạo Dạng đặc tính loại động khác khác phân tích sau Đặc tính tự nhiên: Đó quan hệ ω = f(M) động điện thơng số điện áp, dịng điện động định mức theo thông số thiết kế chế tạo mạch điện động không nối thêm điện trở, điện kháng Trên đặc tính tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có giá trị Mđm, ωđm Mỗi động có đường đặc tính

cơ tự nhiên

Đặc tính nhân tạo: Đó quan hệ ω = f(M) động điện thông số điện không định mức mạch điện có nối thêm điện trở, điện kháng có thay đổi mạch nối Mỗi động có nhiều đặc tính nhân tạo

Để đánh giá so sánh đặc tính cơ, người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính β tính:

ω

2

M

4

ω0

Hình 2.4: Đặc tính động điện Hình 2.3:a): Dạng đặc tính máy sản xuất có tính

b): Dạng đặc tính máy sản xuất có tính phản kháng

M‟c Mc

M ω

a)

M‟c

Mc

M ω

(11)

β lớn, ta có đặc tính cứng, β nhỏ ta có đặc tính mềm, β→∞ ta có đặc tính tuyệt đối cứng

Truyền động có đặc tính cứng tốc độ thay đổi momen biến đổi lớn Truyền động có đặc tính mềm, tốc độ giảm nhiều momen tăng (hình 2.5) Trên hình vẽ: Đường 1: Đặc tính mềm; Đường 2: Đặc tính cứng; Đường 3: Đặc tính tuyệt đối cứng

3 Các trạng thái làm việc xác lập hệ truyền động điện

Trong hệ TĐĐ có q trình biến đổi lượng điện - Chính q trình biến đổi định trạng thái làm việc động điện Người ta định nghĩa sau: Dịng cơng suất điện Pđiện có giá trị dương có chiều truyền từ nguồn đến

động từ động biến đổi công suất điện thành công suất Pcơ = M.ω cấp cho máy

sản xuất (sau có tổn thất ∆P)

Cơng suất Pcơ có giá trị dương mơmen động sinh chiều với tốc độ

quay, có giá trị âm truyền từ máy sản xuất động mômen động sinh ngược chiều tốc độ quay

Công suất điện Pđiện có giá trị âm có chiều từ động nguồn

Momen máy sản xuất gọi momen phụ tải hay momen cản Nó định nghĩa dấu âm dấu dương, ngược lại với dấu momen động

Phương trình cân cơng suất hệ truyền động điện là:

Trong đó: Pđ - công suất điện; Pc – công suất cơ; ∆P – tổn thất công suất

Tuỳ thuộc vào biến đổi lượng hệ mà ta có trạng thái làm việc động gồm: Trạng thái động trạng thái hãm

Trạng thái động cơ: Gồm trạng thái có tải khơng tải

Trạng thái hãm: Gồm hãm tái sinh, hãm ngược, hãm động - Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0: biến thành điện

- Hãm ngược: Pđiện > 0, Pcơ < : điện chuyển thành tổn thất ∆P

- Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0: biến thành tổn thất ∆P

ω

1

3

∆ω

∆ M

(12)

Trạng thái hãm trạng thái động phân bố đặc tính ω(M) góc phần tư hình 2.6

CÂU HỎI ƠN TẬP

Câu 1: Thế momen cản năng? Đặc điểm thể đồ thị theo tốc độ? Lấy ví dụ cấu có momen cản

Câu 2: : Thế momen cản phản kháng? Đặc điểm thể đồ thị theo tốc độ? Lấy ví dụ cấu có momen cản phản kháng

Câu 3: Định nghĩa đặc tính máy sản xuất Phương trình tổng qt giải thích đại lượng phương trình?

Câu 4: Hãy vẽ đặc tính máy sản xuất sau: máy tiện, cần trục, máy bào, máy bơm Câu 5: Dùng phương trình chuyển động để phân tích trạng thái làm việc hệ thống truyền động tương ứng với dấu đại lượng M Mc?

(13)

BÀI 3: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA

ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1. Đặc tính động điện DC, trạng thái khởi động hãm

A Động điện chiều kích từ độc lập

Khi nguồn chiều 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 (hình 3.1)

Khi nguồn chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với (hình 3.2), lúc động gọi động kích từ độc lập

1.1 Đặc tính động cơ. 1.1.1 Phương trình đặc tính

Theo sơ đồ hình 3.1 hình 3.2, viết phương trình cân điện áp mạnh phần ứng sau:

Uư = Eư + (Rư + Rf).Iư (3.1)

Trong đó:

- Uư điện áp phần ứng động cơ, (V)

- Eư sức điện động phần ứng động (V)

- Rư điện trở cuộn dây phần ứng (Ω)

- Rf điện trở phụ mạch phần ứng (Ω) - Iư dòng điện phần ứng động (A)

Với Rư = rư + rct + rcb + rcp

rư - Điện trở cuộn dây phần ứng

rct - Điện trở tiếp xúc chổi than phiến góp rcb - Điện trở cuộn bù

rcp - Điện trở cuộn cực từ phụ

Hình 3.1: Sơ đồ nối dây động điện Hình 3.2: Sơ đồ nối dây động điện một chiều kích từ song song chiều kích từ độc lập

Rkt Rf Iư Ik t Ck t

Uư _

(14)

Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức:

(3 - 2) Trong đó: p - Số đơi cực từ

N – Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng

a – Số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng Φ – Từ thơng kích từ cực từ (Wb)

ω – Tốc độ góc (rad/s)

hệ số cấu tạo động

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng / phút) thì: (3 - 3)

Và

Vì

- hệ số sức điện động động

Từ (3 - 1) (3 - 2) ta có:

(3 - 4)

Biểu thức (3 - 4) phương trình đặc tính điện động điện Mặt khác momen điện từ Mđt động xác định bởi:

(3 - 5)

Suy

Thay giá trị Iư vào (2 - 4) ta được:

(3 - 6)

Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép momen trục động momen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa Mđt = Mcơ = M

(3 - 7)

(15)

Giả thiết phản ứng phần ứng bù đủ, từ thơng Φ = const, phương trình đặc tính điện (3 - 4) phương trình đặc tính (3 - 7) tuyến tính Đồ thị chúng biểu diễn hình (3.3a) hình (3.3b) đường thẳng

Theo đồ thị trên, Iư = M = 0, ta có:

(3 - 8)

ω0 gọi tốc độ không tải lý tưởng động Cịn ω = ta có:

(3 - 9)

Và (3 - 10)

Inm, Mnm gọi dòng điện ngắn mạch momen ngắn mạch Từ (3 - 7) ta xác định độ cứng đặc tính cơ:

1.1.2 Đặc tính tự nhiên

Theo định nghĩa, đặc tính tự nhiên tương ứng với trường hợp Rf = 0, Uư = Uđm

Φ = Φđm Thay số liệu vào (3 - 4), (3 - 6) ta phương trình đặc tính điện

phương trình đặc tính tự nhiên:

Tốc độ không tải lý tưởng độ cứng đặc tính tự nhiên là:

a) b)

Hình 3.3: a) Đặc tính điện động điện chiều kích từ độc lập b) Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập

Mnm

M= Mc

Inm

Iư = Ic

M I

(16)

Ta vẽ đặc tính đặc tính tự nhiên nhờ số liệu động công suất định mức Pđm (KW), tốc độ ωđm (rad/s), điện áp Uđm (V), dòng điện Iđm (A),

hiệu suất ηđm, điện trở phần ứng Rư (Ω)

Vì đặc tính đường thẳng nên cần xác định hai điểm: điểm không tải [0; ω0] điểm định mức [Mđm; ωđm] Cũng dùng điểm không tải điểm ngắn mạch [Mnm; 0]

hoặc [Inm, 0] Tọa điểm điểm nêu xác định sau:

với

Pđm (W), ωđm (rad/s)

Hoặc:

Thường người ta vẽ đặc tính tự nhiên qua điểm khơng tải điểm định mức, ta đồ thị hình 3.4

Có trường hợp phải tính Iđm thơng qua hiệu suất ηđm:

Nếu chưa cho Rư, xác định gần dựa vào giả thiết coi tổn thất điện trở

phần ứng dịng điện định mức gây nửa tồn tổn thất động cơ:

, (Ω)

Sau vẽ đặc tính tự nhiên lại số liệu cho trước để tính tốn đặc tính nhân tạo giải toán khác

đm

ω0

ω

Mnm M

đm

ω0

ω

Inm I

(17)

GV: Trương Xuân Linh Page 17 1.1.3 Các đặc tính nhân tạo

Từ (3 - 4), (3 - 6) ta thấy tạo đặc tính nhân tạo cách thay đổi ba thông số: điện trở mạch phần ứng, điện áp phần ứng, từ thông Φ Tác động vào thông số ta họ đặc tính nhân tạo tương ứng

a) Đặc tính nhân tạo ‘biến trở’ (khi thay đổi điện trở mạch phần ứng)

Khi giữ không đổi điện áp Uư = Uđm = const từ thông Φ = Φđm = const, cách

nối thêm biến trở Rf vào mạch phần ứng, ta làm thay đổi điện trở tổng

mạch Khi đó, ứng với giá trị Rf ta đường đặc tính nhân tạo với

phương trình sau:

Trong tốc độ khơng tải giữ không đổi (bằng tốc độ không tải lý tưởng đặc tính tự nhiên):

Độ sụt tốc ứng với giá trị momen Mc giá trị dòng điện Iư = Ic

lớn sụt tốc đặc tính tự nhiên, tỷ lệ với điện trở tổng mạch phần ứng:

Hoặc nói cách khác, độ cứng đặc tính nhân tạo biến trở tỷ lệ nghịch với điện trở tổng:

Như vậy, tăng Rf đặc tính nhân tạo mềm Tất đặc tính thấp đặc tính tự nhiên qua điểm không tải lý tưởng [0; ω0] Từ nhận

xét trên, ta thấy đặc tính nhân tạo biến trở tạo nhờ thay đổi độ cứng β (cịn tốc độ khơng tải lý tưởng giữ khơng đổi) Họ đặc tính biến trở vẽ hình 3.5

b) Đặc tính nhân tạo thay đổi điện áp phần ứng

Khi giữ từ thông không đổi Φ = Φđm = const không nối thêm điện trở phụ

mạch phần ứng (Rf = 0, Rư= const), làm thay đổi điện áp đặt vào phần ứng (Uư = var) ta

sẽ họ đặc tính nhân tạo biến đổi điện áp hình 3.6 Đó đường song song song song với đặc tính tự nhiên

(18)

Độ sụt tốc đặc tính nhân tạo so với không tải lý tưởng không phụ thuộc điện áp độ sụt tốc đặc tính tự nhiên

Tương tự, độ cứng đặc tính nhân tạo biến áp không phụ thuộc điện áp Uư:

c) Đặc tính nhân tạo thay đổi từ thông

Nếu giữ điện áp phần ứng không đổi Uư = Uđm = const, không nối thêm điện trở phụ

vào mạch phần ứng, tức Rf = 0, Rư= const, cách thay đổi dịng kích từ ta làm thay

đổi từ thông Φ nhận họ đặc tính nhân tạo tương ứng (hình 3.7), đó: - Tốc độ khơng tải lý tưởng tỷ lệ nghịch với từ thông:

- Độ cứng đặc tính nhân tạo tỷ lệ với bình phương từ thơng:

u R K )2 ( 

 

(19)

Cần phân biệt dạng họ đặc tính đặc tính điện t Thay đổi từ thơng hình 3.7a 3.7b Đối với đặc tính điện, tất qua điểm ngắn mạch [Inm; 0]

Còn họ đặc tính đường (ứng với giá trị Φ) có giá trị Mnm tương ứng:

Mnm = KΦInm =var

Chú ý: Vì khơng thể tăng dịng kích từ lớn giá trị định mức, nên tạo giá trị từ thơng Φ < Φđm Do đặc tính nhân tạo điện có vị trí cao đặc

tính tự nhiên; tương tự vùng phụ tải Mc cho phép, tốc độ đặc tính nhân tạo

lớn tốc độ đặc tính tự nhiên

Ví dụ: Xây dựng đặc tính tự nhiên nhân tạo động điện chiều kích từ độc lập có số liệu sau: Động làm việc dài hạn, công suất định mức 6,6KW; điện áp định mức: 220V; tốc độ định mức: 2200 vòng/phút; điện trở mạch phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng cực từ phụ: 0,26Ω; điện trở phụ đưa vào mạch phần ứng: 1,26Ω

a) xây dựng đặc tính tự nhiên:

Đặc tính tự nhiên vẽ qua điểm: điểm định mức [Mđm; ωđm] điểm

không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0] Hoặc điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0] điểm

ngắn mạch [Mnm; ω = 0] Hoặc điểm định mức [Mđm; ωđm] điểm ngắn mạch [Mnm; ω = 0]

Tốc độ góc định mức: Mơmen (cơ) định mức:

Như ta có điểm thứ đặc tính tự nhiên cần tìm điểm định mức: [28,6 ; 230,3]

Từ phương trình đặc tính tự nhiên ta tính được:

Tốc độ khơng tải lý tưởng:

Ta có điểm thứ hai đặc tính [0; 241,7] ta dựng đường đặc tính tự nhiên đường hình 3.8

Ta tính thêm điểm thứ ba điểm ngắn mạch [Mnm; 0]:

Độ cứng đặc tính tự nhiên xác định theo biểu thức sau xác định theo số liệu lấy đường đặc tính hình 3.8:

(20)

GV: Trương Xuân Linh Page 20 b) Xây dựng 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 qua điểm không tải lý tưởng [0; ω0]

điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [Mđm; ωnt]:

Ta tính giá trị momen định mức:

Và tính tốc độ góc nhân tạo:

Ta có tọa độ điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo (28,66; 183,3)

Vậy ta dựng đường đặc tính nhân tạo có điện trở phụ mạch phần ứng đường hình 3.8:

1.2 Trạng thái khởi động.

Từ phương trình đặc tính điện có: u u

I K

R K

U

 

 

Với đặc tính tự nhiên (R = Rư) khởi động, ta thấy dòng điện khởi động lúc ban

đầu là:

Ở động cơng suất trung bình lớn, Rư thường có giá trị nhỏ, nên dịng

ban đầu (dịng ngắn mạch) lớn, Inm = (20 ÷25).Iđm

Với giá trị dòng điện khởi động lớn, không cho phép mặt chuyển mạch phát nóng động sụt áp lưới điện Tác hại nghiêm trọng hệ thống cần khởi động, hãm máy nhiều lần trình làm việc

Để hạn chế dịng điện khởi động ta giảm điện áp nguồn đặt vào phần ứng động điện nối thêm điện trở phụ Rf vàomạch phần ứng Phương pháp thứ sử

dụng hệ thống có biến đổi điện áp Phương pháp thứ hai thường sử dụng

2 ω (rad/s)

M (Nm) 230,3

183,3

241,7

28,66

1