GIÁO TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ThS. kh−¬ng c«ng minh bé m«n: tù ®éng ®o l−êng khoa ®iÖn tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa ®µ n½ng gi¸o tr×nh truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng (L−u hµnh néi bé) §µ n½ng 2005ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng lêi nãi ®Çu §Ó phôc vô kÞp thêi cho viÖc häc tËp vµ gi¶ng d¹y cña sinh viªn vµ gi¸o viªn khoa §iÖn tr−êng §¹i häc B¸ch khoa §µ n½ng còng nh− sinh viªn c¸c trung t©m, vµ lµm tµi liÖu tham kh¶o cho c¸c kü s− ®iÖn vµ c¸c ngµnh cã liªn quan, chóng t«i ®· biªn so¹n gi¸o tr×nh “truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng” (tËp1, 2). Gi¸o tr×nh gåm hai phÇn: PhÇn 1 (TËp1): Tr×nh bµy nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ: c¸c ®Æc tÝnh cña m¸y s¶n xuÊt, cña ®éng c¬; c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬, c¸c hÖ “bé biÕn ®æi ®éng c¬”; qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng; chän c«ng suÊt ®éng c¬... PhÇn 2 (TËp2): Tr×nh bµy hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng (§KT§) truyÒn ®éng ®iÖn nh−: ph©n tÝch c¸c nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn tù ®éng; c¸c phÇn tö ®iÒu khiÓn vµ b¶o vÖ; tæng hîp hÖ T§§T§ theo ®¹i sè logic... Néi dung cña gi¸o tr×nh (PhÇn 1) gåm 6 ch−¬ng: Ch−¬ng 1: Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng. Ch−¬ng 2: §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn. Ch−¬ng 3: §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn theo c¸c th«ng sè. Ch−¬ng 4: §iÒu chØnh tèc ®é hÖ Bé biÕn ®æi §éng c¬ ®iÖn. Ch−¬ng 5: Qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn. Ch−¬ng 6: TÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬. Néi dung cña gi¸o tr×nh (PhÇn 2) gåm 5 ch−¬ng: Ch−¬ng 1: Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn (HT §KT§ T§§). Ch−¬ng 2: Nh÷ng nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn tù ®éng. Ch−¬ng 3: C¸c m¹ch b¶o vÖ vµ tÝn hiÖu hãa. Ch−¬ng 4: PhÇn tö ®iÒu khiÓn logic sè. Ch−¬ng 5: Tæng hîp hÖ ®iÒu khiÓn logic. Do h¹n chÕ vÒ th«ng tin còng nh− kh¶ n¨ng nªn néi dung gi¸o tr×nh ch¾c ch¾n cßn nhiÒu vÊn ®Ò cÇn hoµn thiÖn. RÊt mong c¸c b¹n ®ång nghiÖp vµ ®éc gi¶ ®ãng gãp ý kiÕn. Th− gãp ý xin göi vÒ cho ThS. Kh−¬ng C«ng Minh, Gi¸o viªn khoa ®iÖn, Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa, §¹i häc §µ n½ng. T¸c gi¶ Ch−¬ng 1: Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng. § 1.1. Môc ®Ých vµ yªu cÇu: + N¾m ®−îc cÊu tróc chung cña hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng (HTT§§T§). + N¾m ®−îc ®Æc tÝnh cña tõng lo¹i ®éng c¬ trong c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng cô thÓ. + Ph©n tÝch ®−îc c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ vµ vÊn ®Ò ®iÒu chØnh tèc ®é trong c¸c hÖ “bé biÕn ®æi ®éng c¬ ”. + Kh¶o s¸t ®−îc qu¸ tr×nh qu¸ ®é cña HTT§§T§ víi c¸c th«ng sè cña hÖ hoÆc cña phô t¶i. + TÝnh chän c¸c ph−¬ng ¸n truyÒn ®éng vµ n¾m ®−îc nguyªn t¾c c¬ b¶n ®Ó chän c«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn. + N¾m ®−îc c¸c nguyªn t¾c c¬ b¶n ®iÒu khiÓn tù ®éng HTT§§T§. + Ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ ®−îc c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng ®iÓn h×nh cña c¸c m¸y hoÆc hÖ thèng ®· cã s½n. + N¾m ®−îc nguyªn t¾c lµm viÖc cña phÇn tö ®iÒu khiÓn logic. + Tæng hîp ®−îc mét sè m¹ch ®iÒu khiÓn logic. + ThiÕt kÕ ®−îc c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng cña c¸c m¸y hoÆc hÖ thèng theo yªu cÇu c«ng nghÖ. Trang 1ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng § 1.2. CÊu tróc vµ ph©n lo¹i hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng (t®® t®) 1.2.1. CÊu tróc cña hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng: §Þnh nghÜa hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng: + HÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng (T§§ T§) lµ mét tæ hîp c¸c thiÕt bÞ ®iÖn, ®iÖn tö, v.v. phôc vô cho cho viÖc biÕn ®æi ®iÖn n¨ng thµnh c¬ n¨ng cung cÊp cho c¸c c¬ cÊu c«ng t¸c trªn c¸c m¸y s¶n suÊt, còng nh− gia c«ng truyÒn tÝn hiÖu th«ng tin ®Ó ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng ®ã theo yªu cÇu c«ng nghÖ. CÊu tróc chung: Trang 2 CÊu tróc cña hÖ T§§ T§ gåm 2 phÇn chÝnh: PhÇn lùc (m¹ch lùc): tõ l−íi ®iÖn hoÆc nguån ®iÖn cung cÊp ®iÖn n¨ng ®Õn bé biÕn ®æi (BB§) vµ ®éng c¬ ®iÖn (§C) truyÒn ®éng cho phô t¶i (MSX). C¸c bé biÕn ®æi nh−: bé biÕn ®æi m¸y ®iÖn (m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu, xoay chiÒu, m¸y ®iÖn khuÕch ®¹i), bé biÕn ®æi ®iÖn tõ (khuÕch ®¹i tõ, cuén kh¸ng b¶o hoµ), bé biÕn ®æi ®iÖn tö, b¸n dÉn (ChØnh l−u tiristor, bé ®iÒu ¸p mét chiÒu, biÕn tÇn transistor, tiristor). §éng c¬ cã c¸c lo¹i nh−: ®éng c¬ mét chiÒu, xoay chiÒu, c¸c lo¹i ®éng c¬ ®Æc biÖt. PhÇn ®iÒu khiÓn (m¹ch ®iÒu khiÓn) gåm c¸c c¬ cÊu ®o l−êng, c¸c bé ®iÒu chØnh tham sè vµ c«ng nghÖ, c¸c khÝ cô, thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn ®ãng c¾t phôc vô c«ng nghÖ vµ cho ng−êi vËn hµnh. §ång thêi mét sè hÖ T§§ T§ kh¸c cã c¶ m¹ch ghÐp nèi víi c¸c thiÕt bÞ tù ®éng PhÇn ®iÖn kh¸c hoÆc víi m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn. 1.2.2. Ph©n lo¹i hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng: L−íi TruyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®iÒu chØnh: th−êng chØ cã ®éng c¬ nèi Bb® ®c msx trùc tiÕp víi l−íi ®iÖn, quay m¸y s¶n xuÊt víi mét tèc ®é nhÊt ®Þnh. TruyÒn ®éng cã ®iÒu chØnh: tuú thuéc vµo yªu cÇu c«ng nghÖ mµ ta cã hÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®iÒu chØnh tèc ®é, hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ®iÒu chØnh m« men, lùc kÐo, vµ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ®iÒu chØnh vÞ trÝ. Trong hÖ nµy cã thÓ lµ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng nhiÒu ®éng c¬. R R t k k t PhÇn c¬ Theo cÊu tróc vµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn mµ ta cã hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ®iÒu khiÓn sè, hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ®iÒu khiÓn t−¬ng tù, hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh ... gn vh Theo ®Æc ®iÓm truyÒn ®éng ta cã hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu, ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu, ®éng c¬ b−íc, v.v. H×nh 11: M« t¶ cÊu tróc chung cña hÖ T§§ T§ BB§: Bé biÕn ®æi; §C: §éng c¬ ®iÖn; MSX: M¸y s¶n xuÊt; R vµ RT: Bé ®iÒu chØnh truyÒn ®éng vµ c«ng nghÖ; K vµ KT: c¸c Bé ®ãng c¾t phôc vô truyÒn ®éng vµ c«ng nghÖ; GN: M¹ch ghÐp nèi; VH: Ng−êi vËn hµnh Theo møc ®é tù ®éng hãa cã hÖ truyÒn ®éng kh«ng tù ®éng vµ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng. Ngoµi ra, cßn cã hÖ truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®¶o chiÒu, cã ®¶o chiÒu, hÖ truyÒn ®éng ®¬n, truyÒn ®éng nhiÒu ®éng c¬, v.v. Trang 3ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng § 1.3. §ÆC TÝNH C¥ CñA M¸Y S¶N XUÊT Vµ §éNG C¥ 1.3.1. §Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt: + §Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt lµ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ m«men c¶n cña m¸y s¶n xuÊt: Mc = f(ω). + §Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt rÊt ®a d¹ng, tuy nhiªn phÇn lín chóng ®−îc biÕu diÔn d−íi d¹ng biÓu thøc tæng qu¸t: M c = Mco + (M®m Mco) q đm ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ωω ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ (11) Trong ®ã: M c m«men øng víi tèc ®é ω. M co m«men øng víi tèc ®é ω = 0. M ®m m«men øng víi tèc ®é ®Þnh møc ω®m + Ta cã c¸c tr−êng hîp sè mò q øng víi c¸c t¶i: Khi q = 1, m«men tû lÖ nghÞch víi tèc ®é, t−¬ng øng c¸c c¬ cÊu m¸y tiÖn, doa, m¸y cuèn d©y, cuèn giÊy, ... (®−êng c h×nh 12). §Æc ®iÓm cña lo¹i m¸y nµy lµ tèc ®é lµm viÖc cµng thÊp th× m«men c¶n (lùc c¶n) cµng lín. Khi q = 0, Mc = M®m = const, t−¬ng øng c¸c c¬ cÊu m¸y n©ng h¹, cÇu trôc, thang m¸y, b¨ng t¶i, c¬ cÊu ¨n dao m¸y c¾t gät, ... (®−êng d h×nh 12). Khi q = 1, m«men tû lÖ bËc nhÊt víi tèc ®é, t−¬ng øng c¸c c¬ cÊu ma s¸t, m¸y bµo, m¸y ph¸t mét chiÒu t¶i thuÇn trë, (®−êng e h×nh 12). Khi q = 2, m«men tû lÖ bËc hai víi tèc ®é, t−¬ng øng c¸c c¬ cÊu m¸y b¬m, qu¹y giã, m¸y nÐn, (®−êng f h×nh 12). + Trªn h×nh 12a biÓu diÔn c¸c ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt: Trang 4 b) D¹ng ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt cã tÝnh thÕ n¨ng. c) D¹ng ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt cã tÝnh ph¶n kh¸ng. + Ngoµi ra, mét sè m¸y s¶n xuÊt cã ®Æc tÝnh c¬ kh¸c, nh−: M«men phô thuéc vµo gãc quay Mc = f(ϕ) hoÆc m«mne phô thuéc vµo ®−êng ®i Mc = f(s), c¸c m¸y c«ng t¸c cã pitt«ng, c¸c m¸y trôc kh«ng cã c¸p c©n b»ng cã ®Æc tÝnh thuéc lo¹i nµy. M«men phô thuéc vµo sè vßng quay vµ ®−êng ®i Mc = f(ω,s) nh− c¸c lo¹i xe ®iÖn. M«men phô thuéc vµo thêi gian Mc = f(t) nh− m¸y nghiÒn ®¸, nghiÒn quÆng. Trªn h×nh 12b biÓu diÔn ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt cã m«men c¶n d¹ng thÕ n¨ng. Trªn h×nh 12c biÓu diÔn ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt cã m«men c¶n d¹ng ph¶n kh¸ng. Trang 5 H×nh 12: a) C¸c d¹ng ®Æc tÝnh c¬ cña c¸c m¸y s¶n xuÊt c: q = 1; d: q = 0; e: q = 1; f: q = 2. ω ω ω c d e M c M c M c f ω®m M M M c M ®m M a) b) c)ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng 1.3.2. §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn: + §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn lµ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ m«men cña ®éng c¬: M = f(ω). + Nh×n chung cã 4 lo¹i ®Æc tÝnh c¬ cña c¸c lo¹i ®éng c¬ ®Æc tr−ng nh−: ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song hay ®éc lËp (®−êngc), vµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp hay hçn hîp (®−êngd), ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu kh«ng ®ång bé (®−ênge), ®ång bé (®−êngf), h×nh 13. Th−êng ng−êi ta ph©n biÖt hai lo¹i ®Æc tÝnh c¬: + §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn: lµ ®Æc tÝnh cã ®−îc khi ®éng c¬ nèi theo s¬ ®å b×nh th−êng, kh«ng sö dông thªm c¸c thiÕt bÞ phô trî kh¸c vµ c¸c th«ng sè nguån còng nh− cña ®éng c¬ lµ ®Þnh møc. Nh− vËy mçi ®éng c¬ chØ cã mét ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn. + §Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o hay ®Æc tÝnh c¬ ®iÒu chØnh: lµ ®Æc tÝnh c¬ nhËn ®−îc sù thay ®æi mét trong c¸c th«ng sè nµo ®ã cña nguån, cña ®éng c¬ hoÆc nèi thªm thiÕt bÞ phô trî vµo m¹ch, hoÆc sö dông c¸c s¬ ®å ®Æc biÖt. Mçi ®éng c¬ cã thÓ cã nhiÒu ®Æ tÝnh c¬ nh©n t¹o. 1.3.3. §é cøng ®Æc tÝnh c¬: + §¸nh gi¸ vµ so s¸nh c¸c ®Æc tÝnh c¬, ng−êi ta ®−a ra kh¸i niÖm “®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ” vµ ®−îc ®Þnh nghÜa: Trang 6 β = ∂ω ∂M ; nÕu ®Æc tÝnh c¬ tuyÕn tÝnh th×: β = ∆ω ∆M ; (12a) HoÆc theo hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi: d dM ω β = ; (12b) Trong ®ã: ∆M vµ ∆ω lµ l−îng sai ph©n cña m«men vµ tèc ®é t−¬ng øng; M = MM®m ; ω = ωω®m ; hoÆc ω = ωωcb . HoÆc tÝnh theo ®å thÞ: β = γ ω tg mm ω M ; (h×nh 1 4) (13) f Trong ®ã: e ω + m M lµ tØ lÖ xÝch c cña trôc m«men γ d + mω lµ tØ lÖ xÝch cña trôc tèc ®é XL mω M(ω) M + γ lµ gãc t¹o thµnh H×nh 13: C¸c ®Æc tÝnh c¬ cña bèn lo¹i ®éng c¬ ®iÖn gi÷a tiÕp tuyÕn víi trôc ω t¹i ®iÓm xÐt m cña ®Æc tÝnh c¬. M M H×nh 1 4: C¸ch tÝnh ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ b»ng ®å thÞ + §éng c¬ kh«ng ®ång bé cã ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ thay ®æi gi¸ trÞ (β > 0, β < 0). + §éng c¬ ®ång bé cã ®Æc tÝnh c¬ tuyÖt ®èi cøng (β ≈ ∞). + §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ cøng (β ≥ 40). + §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ mÒm (β ≤ 10). Trang 7ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng § 1.4. C¸C TR¹NG TH¸I LµM VIÖC CñA HÖ T§§T§ + Trong hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng bao giê còng cã qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng ®iÖn n¨ng thµnh c¬ n¨ng hoÆc ng−îc l¹i. ChÝnh qu¸ tr×nh biÕn ®æi nµy quyÕt ®Þnh tr¹ng th¸i lµm viÖc cña hÖ truyÒn ®éng ®iÖn. Cã thÓ lËp B¶ng 11: TT BiÓu ®å c«ng suÊt P®iÖn Pc¬ ∆P Tr¹ng th¸i lµm viÖc 1 0 = 0 = P ®iÖn §éng c¬ kh«ng t¶i 2 0 0 = P ® Pc §éng c¬ cã t¶i 3 = 0 < 0 = ⏐Pc¬ ⏐ H·m kh«ng t¶i 4 < 0 < 0 = ⏐Pc P®⏐ H·m t¸i sinh 5 0 < 0 = ⏐Pc + P®⏐ H·m ng−îc 6 = 0 < 0 = ⏐Pc¬ ⏐ H·m ®éng n¨ng Trang 8 ë tr¹ng th¸i ®éng c¬: Ta coi dßng c«ng suÊt ®iÖn P®iÖn cã gi¸ trÞ d−¬ng nÕu nh− nã cã chiÒu truyÒn tõ nguån ®Õn ®éng c¬ vµ tõ ®éng c¬ biÕn ®æi c«ng suÊt ®iÖn thµnh c«ng suÊt c¬: Pc¬ = M.ω cÊp cho m¸y s¶n xuÊt vµ ®−îc tiªu thô t¹i c¬ cÊu c«ng t¸c cña m¸y. C«ng suÊt c¬ nµy cã gi¸ trÞ d−¬ng nÕu nh− m«men ®éng c¬ sinh ra cïng chiÒu víi tèc ®é quay. ë tr¹ng th¸i m¸y ph¸t: th× ng−îc l¹i, khi hÖ truyÒn ®éng lµm viÖc, trong mét ®iÒu kiÖn nµo ®ã c¬ cÊu c«ng t¸c cña m¸y s¶n xuÊt cã thÓ t¹o ra c¬ n¨ng do ®éng n¨ng hoÆc thÕ n¨ng tÝch lòy trong hÖ ®ñ lín, c¬ n¨ng ®ã ®−îc truyÒn vÒ trôc ®éng c¬, ®éng c¬ tiÕp nhËn n¨ng l−îng nµy vµ lµm viÖc nh− mét m¸y ph¸t ®iÖn. C«ng suÊt ®iÖn cã gi¸ trÞ ©m nÕu nã cã chiÒu tõ ®éng c¬ vÒ nguån, c«ng suÊt c¬ cã gi¸ trÞ ©m khi nã truyÒn tõ m¸y s¶n xuÊt vÒ ®éng c¬ vµ m«men ®éng c¬ sinh ra ng−îc chiÒu víi tèc ®é quay. P ® ∆P P ® M«men cña m¸y s¶n xuÊt ®−îc gäi lµ m«men phô t¶i hay m«men c¶n. Nã còng ®−îc ®Þnh nghÜa dÊu ©m vµ d−¬ng, ng−îc l¹i víi dÊu m«men cña ®éng c¬. + Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng c«ng suÊt cña hÖ T§§ T§ lµ: P ® = Pc + ∆P (14) Trong ®ã: P® lµ c«ng suÊt ®iÖn; Pc lµ c«ng suÊt c¬; ∆P lµ tæn thÊt c«ng suÊt. Tr¹ng th¸i ®éng c¬ gåm: chÕ ®é cã t¶i vµ chÕ ®é kh«ng t¶i. Tr¹ng th¸i ®éng c¬ ph©n bè ë gãc phÇn t− I, III cña mÆt ph¼ng ω(M). Tr¹ng th¸i h·m cã: H·m kh«ng t¶i, H·m t¸i sinh, H·m ng−îc vµ H·m ®éng n¨ng. Tr¹ng th¸i h·m ë gãc II, IV cña mÆt ph¼ng ω(M). H·m t¸i sinh: P ®iÖn < 0, Pc¬ < 0, c¬ n¨ng biÕn thµnh ®iÖn n¨ng tr¶ vÒ l−íi. H·m ng−îc: P®iÖn > 0 , Pc¬ < 0, ®iÖn n¨ng vµ c¬ n¨ng chuyÓn thµnh tæn thÊt ∆P. Trang 9 ∆P P c ∆P P ® P c ∆P P ® P c ∆P P c P c ∆PThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng H·m ®éng n¨ng: P®iÖn = 0, Pc¬ < 0, c¬ n¨ng biÕn thµnh c«ng suÊt tæn thÊt ∆P. C¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc trªn mÆt ph¼ng M, ω: Tr¹ng th¸i ®éng c¬: t−¬ng øng víi c¸c ®iÓm n»m trong gãc phÇn t− thø nhÊt vµ gãc phÇn t− thø ba cña mÆt ph¼ng M, ω, h×nh 1 5. Tr¹ng th¸i m¸y ph¸t: t−¬ng øng víi c¸c ®iÓm n»m trong gãc phÇn t− thø hai vµ gãc phÇn t− thø t− cña mÆt ph¼ng M, ω, h×nh 1 5. ë tr¹ng th¸i nµy, m«men ®éng c¬ chèng l¹i chiÒu chuyÓn ®éng, nªn ®éng c¬ cã t¸c dông nh− bé h·m, vµ v× vËy tr¹ng th¸i m¸y ph¸t cßn cã tªn gäi lµ tr¹ng th¸i h·m. Trang 10 § 1.5. TÝNH §æI C¸C §¹I L¦îNG C¥ HäC 1.5.1. M«men vµ lùc quy ®æi: + Quan niÖm vÒ sù tÝnh ®æi nh− viÖc dêi ®iÓm ®Æt tõ trôc nµy vÒ trôc kh¸c cña m«men hay lùc cã xÐt ®Õn tæn thÊt ma s¸t ë trong bé truyÒn lùc. Th−êng quy ®æi m«men c¶n Mc, (hay lùc c¶n Fc) cña bé phËn lµm viÖc vÒ trôc ®éng c¬. + §iÒu kiÖn quy ®æi: ®¶m b¶o c©n b»ng c«ng suÊt trong phÇn c¬ cña hÖ T§§T§: Khi n¨ng l−îng truyÒn tõ ®éng c¬ ®Õn m¸y s¶n xuÊt: P tr = Pc + ∆P (15) Trong ®ã: Ptr lµ c«ng suÊt trªn trôc ®éng c¬, Ptr = Mcq®.ω, (Mcq® vµ ω m«men c¶n tÜnh quy ®æi vµ tèc ®é gãc trªn trôc ®éng c¬). P c lµ c«ng suÊt cña m¸y s¶n xuÊt, Pc = Mlv.ωlv , (Mlv vµ ωlv m«men c¶n vµ tèc ®é gãc trªn trôc lµm viÖc). ∆P lµ tæn thÊt trong c¸c kh©u c¬ khÝ. NÕu tÝnh theo hiÖu suÊt hép tèc ®é ®èi víi chuyÓn ®éng quay: = ω η ω = η P = P M . M . cqd i lv lv c i tr (16) Rót ra: M cq® .i M .. M i lv i lv lv η = η ω ω = ; (17) Trong ®ã: ηi hiÖu suÊt cña hép tèc ®é. i = ωlv ω gäi lµ tû sè truyÒn cña hép tèc ®é. Trang 11 Tr¹ng th¸i m¸y ph¸t Mω < 0 ; Mcω > 0 ; M c M ω c ω M M ω II M(ω) I G M Tr¹ng th¸i m¸y ph¸t c(ω) Mω < 0 ; Mcω > 0 ; Tr¹ng th¸i ®éng c¬ Mω > 0 ; Mcω < 0 ; II I M III IV Tr¹ng th¸i ®éng c¬ Mω > 0 ; Mcω < 0 ; Mc(ω) M(ω) ω M Mc III IV ω M Mc H×nh 1 5: BiÓu diÔn c¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc trªn mÆt ph¼ng M, ωThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng NÕu chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn th× lùc quy ®æi: η ρ = F. M lv cqâ (18) Trong ®ã: η = ηi.ηt hiÖu suÊt bé truyÒn lùc. ηt hiÖu suÊt cña tang trèng. ρ = ωvlv gäi lµ tû sè quy ®æi. Khi n¨ng l−îng truyÒn tõ m¸y s¶n xuÊt ®Õn ®éng c¬: P tr = Pc ∆P (tù chøng minh). 1.5.2. Quy ®æi m«men qu¸n tÝnh vµ khèi l−îng qu¸n tÝnh: + §iÒu kiÖn quy ®æi: b¶o toµn ®éng n¨ng tÝch luü trong hÖ thèng: W = ∑ n 1 Wi (19) ChuyÓn ®éng quay: W = J. 2ω2 (110) ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn: W = m. 2v2 (111) NÕu sö dông s¬ ®å tÝnh to¸n phÇn c¬ d¹ng ®¬n khèi, vµ ¸p dông c¸c ®iÒu kiÖn trªn ta cã: ⋅ ω = ⋅ ω + ∑ ⋅ ω + ∑q ⋅ 1 2j j n 1 2i i 2  2 qâ 2 v m 2 J 2 J 2 J (112) ⇒ ∑ ∑ ρ = + + q 1 2j j n 1 i2i qâ  m Ji j J (113) Trang 12 Trong ®ã: Jq® m«men qu¸n tÝnh quy ®æi vÒ trôc ®éng c¬. ω § tèc ®é gãc trªn trôc ®éng c¬. J § m«men qu¸n tÝnh cña ®éng c¬. Ji m«men qu¸n tÝnh cña b¸nh r¨ng thø i. m j khèi l−îng qu¸n tÝnh cña t¶i träng thø j. i i = ωωi tØ sè truyÒn tèc ®é tõ trôc thø i. ρ = ωvj tØ sè quy ®æi vËn tèc cña t¶i träng. VÝ dô: S¬ ®å truyÒn ®éng cña c¬ cÊu n©ng, h¹ : J ® , M® , ω® i, ηi c d ω t , Jt , Mt , ηt e f v lv,Flv G H×nh 1 6: S¬ ®å ®éng häc cña c¬ cÊu n©ng h¹ c ®éng c¬ ®iÖn; d hép tèc ®é; e tang trèng quay; f t¶i träng 1 2 3 4 Ta cã: 2j j t2t 4 1 i2i qâ  m Ji Ji J J ρ = + ∑ + + (114) Trong ®ã: it = ωt ω tØ sè truyÒn tèc ®é tõ trôc tang trèng. Trang 13ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng § 1.6. PH¦¥NG TR×NH §éNG HäC CñA HÖ T§§ T§ + Lµ quan hÖ gi÷a c¸c ®¹i l−îng (ω, n, L, M, ...) víi thêi gian: D¹ng tæng qu¸t: dt d(J ) M n i 1 i ω ∑ = = r r (115) + NÕu coi m«men do ®éng c¬ sinh ra vµ m«men c¶n ng−îc chiÒu nhau, vµ J = const, th× ta cã ph−¬ng tr×nh d−íi d¹ng sè häc: dt d M M J c ω − = (116) Theo hÖ ®¬n vÞ SI: M(N.m); J(kg.m2); ω(Rads); t(s). Theo hÖ kü thuËt: M(KG.m); GD(KG.m2); n(vgph); t(s): dt dn 375 GD M M 2 c − = ⋅ (117) Theo hÖ hçn hîp: M(N.m); J(kg.m2); n(vgph); t(s): dt dn 9,55 J M M c − = ⋅ (118) M«men ®éng: M®g = dt d M M J c ω − = (119) Tõ ph−¬ng tr×nh (119) ta thÊy r»ng: Khi M ®g > 0 hay M > Mc , th× 0 dt d > ω → hÖ t¨ng tèc. Khi M ®g < 0 hay M < Mc , th× 0 dt d < ω → hÖ gi¶m tèc. Khi M ®g = 0 hay M = Mc , th× dωdt = 0 → hÖ lµm viÖc x¸c lËp, hay hÖ lµm viÖc æn ®Þnh: ω = const. Trang 14 NÕu chän vµ lÊy chiÒu cña tèc ®é ω lµm chuÈn th×: M(+) khi M↑↑ω vµ M() khi M↑↓ω. Cßn Mc(+) khi Mc↑↓ω; Mc() khi Mc↓↓ω. § 1.7. §IÒU KIÖN æN §ÞNH TÜNH CñA HÖ T§§ T§ Nh− ë trªn ®· nªu, khi M = Mc th× hÖ T§§T§ lµm viÖc x¸c lËp. §iÓm lµm viÖc x¸c lËp lµ giao ®iÓm cña ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn ω(M) víi ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n suÊt ω(Mc). Tuy nhiªn kh«ng ph¶i bÊt kú giao ®iÓm nµo cña hai ®Æc tÝnh c¬ trªn còng lµ ®iÓm lµm viÖc x¸c lËp æn ®Þnh mµ ph¶i cã ®iÒu kiÖn æn ®Þnh, ng−êi ta gäi lµ æn ®Þnh tÜnh hay sù lµm viÖc phï hîp gi÷a ®éng c¬ víi t¶i. §Ó x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc, dùa vµo ph−¬ng tr×nh ®éng häc: M M ( ) dt d J x x c x ⎥ ⋅ ω − ω ⎤ ⎦ ⎡⎢⎣ ⎞⎟⎠ ⎛⎜⎝ ∂ω ∂ ⎟ − ⎞ ⎠ ⎛⎜⎝ ∂ω ∂ = (120) Ng−êi ta x¸c ®Þnh ®−îc ®iÒu kiÖn x¸c lËp æn ®Þnh lµ: M M 0 x c x ⎟ < ⎞ ⎠ ⎛⎜⎝ ∂ω ∂ ⎟ − ⎞ ⎠ ⎛⎜⎝ ∂ω ∂ (121) Hay: β βc < 0 (122) VÝ dô: XÐt hai ®iÓm giao nhau cña c¸c ®Æc tÝnh c¬: ω A ω(M) Trang 15 H×nh 1 7: XÐt ®iÓm lµm viÖc æn ®Þnh B ω (MC) β M βcThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng T¹i c¸c ®iÓm kh¶o s¸t th× ta thÊy ba ®iÓm A, B, C lµ c¸c ®iÓm lµm viÖc x¸c lËp æn ®Þnh. §iÓm D lµ ®iÓm lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh. Tr−êng hîp: A: β < βc v× β < 0 vµ βc = 0 → x¸c lËp æn ®Þnh. B: β > βc v× β > 0 vµ βc1 = 0 → kh«ng æn ®Þnh. § 1.8. §éNG HäC CñA HÖ T§§ T§ Trong hÖ T§§ T§ cã c¶ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn + c¬, trong ®ã c¸c bé phËn c¬ cã nhiÖm vô chuyÓn c¬ n¨ng tõ ®éng c¬ ®Õn bé phËn lµm viÖc cña m¸y s¶n xuÊt vµ t¹i ®ã c¬ n¨ng ®−îc biÕn thµnh c«ng höu Ých. §éng c¬ ®iÖn cã c¶ phÇn ®iÖn (stato) vµ phÇn c¬ (roto vµ trôc). PhÇn c¬ phô thuéc vµo kÕt cÊu, vËt liÖu vµ lo¹i m¸y, chóng rÊt ®a d¹ng vµ phøc t¹p, bëi vËy ph¶i ®−a vÒ d¹ng ®iÓn h×nh ®Æc tr−ng cho c¸c lo¹i, phÇn c¬ cã d¹ng tæng qu¸t ®Æc tr−ng ®ã gäi lµ mÉu c¬ häc cña truyÒn ®éng ®iÖn. MÉu c¬ häc (®¬n khèi) lµ mét vËt thÓ r¾n quay xung quanh mét trôc víi tèc ®é ®éng c¬, nã cã m«men qu¸n tÝnh J, chÞu t¸c ®éng cña m«men ®éng c¬ (M) vµ m«men c¶n (Mc), h×nh 9. Trang 16 TÝnh ®µn håi lín còng cã thÓ xuÊt hiÖn ë nh÷ng hÖ thèng cã m¹ch ®éng häc dµi mÆc dï trong ®ã kh«ng chøa mét phÇn tö ®µn håi nµo. Sù biÕn d¹ng trªn tõng phÇn tö tuy nhá nh−ng v× sè phÇn tö rÊt lín nªn ®èi víi toµn m¸y nã trë nªn ®¸ng kÓ. Trong nh÷ng tr−êng hîp trªn phÇn c¬ khÝ cña hÖ kh«ng thÓ thay thÕ t−¬ng ®−¬ng b»ng mÉu c¬ häc ®¬n khèi mµ ph¶i thay thÕ b»ng mÉu c¬ häc ®a khèi, h×nh 9b. NÕu quy ®æi m«men vµ m«men qu¸n tÝnh vÒ mét trôc tèc ®é nµo ®ã (®éng c¬ hoÆc m¸y s¶n xuÊt) th× trong phÇn lín c¸c tr−êng hîp hÖ truyÒn ®éng cã kh©u ®µn håi phÇn c¬ cña nã cã thÓ thay t−¬ng ®−¬ng bëi mÊu c¬ häc ®a khèi gåm 3 kh©u: kh©u 1 gåm r«to hoÆc phÇn øng cña ®éng c¬ víi nh÷ng phÇn tö nèi cøng víi ®éng c¬ nh− hép tèc ®é, trèng têi v.v...; kh©u 2 lµ kh©u ®µn håi kh«ng qu¸n tÝnh; kh©u 3 lµ kh©u c¬ cña m¸y s¶n xuÊt; nh− h×nh 1 9b. Trong ®ã M®h lµ m«men ®µn håi. Trang 17 B§ §C TL MSX PhÇn ®iÖn §K PhÇn c¬ H×nh 1 8: S¬ ®å cÊu tróc hÖ T§§ T§ M§ ϕ1 ϕ2 MC M ®h J1 J2 §éng c¬ Kh©u ®µn håi M¸y s¶n xuÊt a) Kh©u F1 ®µn håi F2 m 1 m2 b) F ®h F®h J J® C M M C ω K c) ω C H×nh 1 10: MÉu c¬ häc ®a khèi cña hÖ chuyÓn ®éng quay (a), chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn (b) cã kh©u c¬ khÝ ®µn håi, vµ hÖ trôc mÒm ®µn håi (c). ω M J H×nh 1 9: MÉu c¬ häc M cThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng C©u hái «n tËp 1. Chøc n¨ng vµ nhiÖm vô cña hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn lµ g× ? 2. Cã m¸y lo¹i m¸y s¶n xuÊt vµ c¬ cÊu c«ng t¸c ? 3. HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn gåm c¸c phÇn tö vµ c¸c kh©u nµo ? LÊy vÝ dô minh häa ë mét m¸y s¶n xuÊt mµ c¸c anh (chÞ) ®· biÕt ? 4. M«men c¶n h×nh thµnh tõ ®©u ? §¬n vÞ ®o l−êng cña nã ? C«ng thøc quy ®æi m«men c¶n tõ trôc cña c¬ cÊu c«ng t¸c vÒ trôc ®éng c¬ ? 5. M«men qu¸n tÝnh lµ g× ? §¬n vÞ ®o l−êng cña nã ? C«ng thøc tÝnh quy ®æi m«men qu¸n tÝnh tõ tèc ®é ωi nµo ®ã vÒ tèc ®é cña trôc ®éng c¬ ω ? 6. ThÕ nµo lµ m«men c¶n thÕ n¨ng? §Æc ®iÓm cña nã thÓ hiÖn trªn ®å thÞ theo tèc ®é ? LÊy vÝ dô mét c¬ cÊu cã m«men c¶n thÕ n¨ng. 7. ThÕ nµo lµ m«men c¶n ph¶n kh¸ng? LÊy vÝ dô mét c¬ cÊu cã m«men c¶n ph¶n kh¸ng. 8. §Þnh nghÜa ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt. Ph−¬ng tr×nh tæng qu¸t cña nã vµ gi¶i tÝch c¸c ®¹i l−îng trong ph−¬ng tr×nh ? 9. H·y vÏ ®Æc tÝnh c¬ cña c¸c m¸y s¶n xuÊt sau: m¸y tiÖn; cÇn trôc, m¸y bµo, m¸y b¬m. 10. ViÕt ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cho hÖ truyÒn ®éng ®iÖn cã phÇn c¬ d¹ng mÉu c¬ häc ®¬n khèi vµ gi¶i thÝch c¸c ®¹i l−îng trong ph−¬ng tr×nh ? 11. Dïng ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng ®Ó ph©n tÝch c¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc cña hÖ thèng truyÒn ®éng t−¬ng øng víi dÊu cña c¸c ®¹i l−îng M vµ Mc ? 12. §Þnh nghÜa ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn ? 13. §Þnh nghÜa ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ? Cã thÓ x¸ ®Þnh ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ theo nh÷ng c¸ch nµo ? Trang 18 14. Ph©n biÖt c¸c tr¹ng th¸i ®éng c¬ vµ c¸c tr¹ng th¸i h·m cña ®éng c¬ ®iÖn b»ng nh÷ng dÊu hiÖu nµo ? LÊy vÞ dô thùc tÕ vÒ tr¹ng th¸i h·m cña ®éng c¬ trªn mét c¬ cÊu mµ anh (chÞ) ®· biÕt ? 15. ChiÒu cña dßng n¨ng l−îng sÏ nh− thÕ nµo khi ®éng c¬ lµm viÖc ë tr¹ng th¸i ®éng c¬ ? 16. ChiÒu cña dßng n¨ng l−îng sÏ nh− thÕ nµo khi ®éng c¬ lµm viÖc ë tr¹ng th¸i m¸y ph¸t ? 17. §iÒu kiÖn æn ®Þnh tÜnh lµ g× ? Ph©n tÝch mét ®iÓm lµm viÖc x¸c lËp æn ®Þnh tÜnh trªn täa ®é M, ω vµ Mc, ω. 18. MÉu c¬ häc ®¬n khèi lµ g× ? Khi nµo th× dïng mÉu c¬ häc ®¬n khèi ®Ó kh¶o s¸t hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ? 19. MÉu c¬ häc ®a khèi lµ g× ? Khi nµo th× dïng mÉu c¬ häc ®a khèi ®Ó kh¶o s¸t hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ? Trang 19Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ch−¬ng 2: §ÆC TÝNH C¥ CñA §éng c¬ ®iÖn § 2.1. KH¸I NIÖM CHUNG Ch−¬ng 1 ®· cho ta thÊy, khi ®Æt hai ®−êng ®¾c tÝnh c¬ M(ω) vµ M c(ω) lªn cïng mét hÖ trôc täa ®é, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc tr¹ng th¸i lamg viÖc cña ®éng c¬ vµ cña hÖ (xem h×nh 12 vµ h×nh 13): tr¹ng th¸i x¸c lËp khi M = Mc øng víi giao ®iÓm cña hai ®−êng ®Æc tÝnh M(ω) vµ Mc(ω); hoÆc tr¹ng th¸i qu¸ ®é khi M ≠ Mc t¹i nh÷ng vïng cã ω ≠ ωxl ; tr¹ng th¸i ®éng c¬ thuéc gãc phÇn t− thø nhÊt vµ thø ba; hoÆc tr¹ng th¸i h·m thuéc gãc phÇn t− thø hai vµ thø t−. Khi ph©n tÝch c¸c hÖ truyÒn ®éng, ta th−êng coi m¸y s¶n xuÊt ®· cho tr−íc, nghÜa lµ coi nh− biÕt tr−íc ®Æc tÝnh c¬ Mc(ω) cña nã. VËy muèn t×m kiÕm mét tr¹ng th¸i lµm viÖc víi nh÷ng th«ng sè yªu cÇu nh− tèc ®é, m«men, dßng ®iÖn ®éng c¬ v... ta ph¶i t¹o ra nh÷ng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ t−¬ng øng. Muèn vËy, ta ph¶i ta ph¶i n¾m v÷ng c¸c ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ vµ c¸c ®Æc tÝnh c¬ cña c¸c lo¹i ®éng c¬ ®iÖn, tõ ®ã hiÓu ®−îc c¸c ph−¬ng ph¸p t¹o ra c¸c ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o phï hîp víi m¸y s¶n xuÊt ®· cho vµ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ sao cho cã ®−îc c¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc theo yªu cÇu c«ng nghÖ. Mçi ®éng c¬ cã mét ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn x¸c ®Þnh bëi c¸c sè liÖu ®Þnh møc cña nã. Trong nhiÒu tr−êng hîp ta coi ®Æc tÝnh nµy nh− lo¹t sè liÖu cho tr−íc. MÆt kh¸c nã cã thÓ cã v« sè ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o cã ®−îc do biÕn ®æi mét hoÆc vµi th«ng sè cña nguån, cña m¹ch ®iÖn ®éng c¬, hoÆc do thay ®æi c¸ch nèi d©y cña m¹ch, hoÆc do dïng thªm thiÕt bÞ biÕn ®æi. Do ®ã bÊt kú th«ng sè nµo cã ¶nh h−ëng ®Õn h×nh d¸ng vµ vÞ trÝ cña ®Æc tÝnh c¬, ®Òu ®−îc coi lµ th«ng sè ®iÒu khiÓn ®éng c¬, vµ t−¬ng øng lµ mét ph−¬ng ph¸p t¹o ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o hay ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh. Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn cã thÓ viÕt theo d¹ng thuËn M = f(ω) hay d¹ng ng−îc ω = f(M). Trang 20 § 2.2. §ÆC TÝNH C¥ CñA ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp (§M®l) 2.2.1. S¬ ®å nèi d©y cña §M®l vµ §Mss: §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp (§M®l): nguån mét chiÒu cÊp cho phÇn øng vµ cÊp cho kÝch tõ ®éc lËp nhau. Khi nguån mét chiÒu cã c«ng suÊt v« cïng lín vµ ®iÖn ¸p kh«ng ®æi th× cã thÓ m¾c kÝch tõ song song víi phÇn øng, lóc ®ã ®éng c¬ ®−îc gäi lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song (§Mss). 2.2.2. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña §M®l: C¸c th«ng sè ®Þnh møc: n ®m(vßngphót); ω®m(Radsec); M®m(N.m hay KG.m); Φ®m(Wb); f ®m(Hz); P®m(KW); U®m(V); I®m(A); ... C¸c th«ng sè tÝnh theo c¸c hÖ ®¬n vÞ kh¸c: ω = ωω®m ; M = MM®m ; I = II®m; Φ = ΦΦ®m; R = RR®m; R cb = U®mI®m,; ω%; M%; I%; ... Trang 21 a) b) H×nh 21: a) S¬ ®å nèi d©y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. b) S¬ ®å nèi d©y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song. Ckt Rktf I kt I − I − I kt + U + U kt R ktf R −f E R −f E + U − Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng 2.2.3. Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn vµ ®Æc tÝnh c¬ cña §M®l: Theo s¬ ®å h×nh 21a vµ h×nh 21b, cã thÓ viÕt ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cña m¹ch phÇn øng nh− sau: U − = E + (R− + R−f).I− (21) Trong ®ã: U − lµ ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬, (V) E lµ søc ®iÖn ®éng phÇn øng ®éng c¬ (V). ⋅ φ ⋅ ω = φ ⋅ ω π K 2 a p.N E = (22) 2 a p.N K π = lµ hÖ sè kÕt cÊu cña ®éng c¬. HoÆc: E = Keφ.n (23) Vµ: 9,55 n 60 2 n = π ω = VËy: Ke = 9,55 K = 0,105.K R − lµ ®iÖn trë m¹ch phÇn øng, R− = r− + rctf + rctb + rtx , (Ω). Trong ®ã: r− lµ ®iÖn trë cuén d©y phÇn øng cña ®éng c¬ (Ω). R ctf lµ ®iÖn trë cuén d©y cùc tõ phô cña ®éng c¬ (Ω). R ctb lµ ®iÖn trë cuén d©y cùc tõ bï cña ®éng c¬ (Ω). R ctb lµ ®iÖn trë tiÕp xóc gi÷a chæi than víi cæ gãp cña ®éng c¬ (Ω). R −f lµ ®iÖn trë phô m¹ch phÇn øng. I − lµ dßng ®iÖn phÇn øng. Tõ (21) vµ (22) ta cã: Trang 22 I K R + R UK æ æ æ æf φ − φ ω = (24) §©y lµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn cña ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. MÆt kh¸c, m«men ®iÖn tõ cña ®éng c¬ ®−îc x¸c ®Þnh: M ®t = KφI− (25) Khi bá qua tæn thÊt ma s¸t trong æ trôc, tæn thÊt c¬, tæn thÊt thÐp th× cã thÓ coi: M c¬ ≈ M®t ≈ M Suy ra: I− = φ ≈ φ K M MK ât (26) Thay gi¸ trÞ I− vµo (24), ta cã: M (K ) R UK M (K ) R + R UK 2 æ æ 2 æ æ æf φ − φ = φ − φ ω = Σ (27) §©y lµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. Cã thÓ biÓu diÔn ®Æc tÝnh c¬ d−íi d¹ng kh¸c: ω = ω 0 ∆ω (28) Trong ®ã: φ ω = UK æ 0 gäi lµ tèc ®é kh«ng t¶i lý t−ëng. (29) (K ) R (K ) R R 2 æ 2 æ æf φ = + φ ∆ω = Σ gäi lµ ®é sôt tèc ®é. (210) Tõ c¸c ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn (24) vµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ (28) trªn, víi gi¶ thiÕt phÇn øng ®−îc bï ®ñ vµ φ = const th× ta cã thÓ vÏ ®−îc c¸c ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn (h×nh 22a) vµ ®Æc tÝnh c¬ (h×nh 22b) lµ nh÷ng ®−êng th¼ng. Trang 23Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn (TN) lµ ®Æc tÝnh c¬ cã c¸c tham sè ®Þnh møc vµ kh«ng cã ®iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng ®éng c¬: M (K ) R UK 2 âm æâm âm æâm φ − φ ω = (211) §Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o (NT) lµ ®Æc tÝnh c¬ cã mét trong c¸c tham sè kh¸c ®Þnh møc hoÆc cã ®iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng ®éng c¬. Khi ω = 0, ta cã: nm æ æf æ æ I R R U I = + = (212) Vµ: nm nm æ æf æ K I K M R R U M ⋅ φ = ⋅ φ = + = (213) Trong ®ã: Inm gäi lµ dßng ®iÖn (phÇn øng) ng¾n m¹ch M nm gäi lµ m«men ng¾n m¹ch Trang 24 Tõ (27) ta x¸c ®Þnh ®−îc ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ : æ æf 2 R R (K ) d dM φ + = − ω β = (214) §èi víi ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn: æ 2 dm tn R (Kφ ) β = − (215) Vµ: − tn 1 R β = − (216) NÕu ch−a cã gi¸ trÞ R− th× ta cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn ®óng dùa vµo gi¶ thiÕt coi tæn thÊt trªn ®iÖn trë phÇn øng do dßng ®iÖn ®Þnh møc g©y ra b»ng mét nöa tæn thÊt trong ®éng c¬: = − η ,Ω UI R 0,5.(1 ) âm âm æ âm (217) VÝ dô 21: X©y dùng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn vµ nh©n t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã c¸c sè liÖu sau: §éng c¬ lµm viÖc dµi h¹n, c«ng suÊt ®Þnh møc lµ 6,6KW; ®iÖn ¸p ®Þnh møc: 220V; tèc ®é ®Þnh møc: 2200vßngphót; ®iÖn trë m¹ch phÇn øng gåm ®iÖn trë cuén d©y phÇn øng vµ cùc tõ phô: 0,26Ω; ®iÖn trë phô ®−a vµo m¹ch phÇn øng: 1,26Ω. Gi¶i: a) X©y dùng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn: §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn cã thÓ vÏ qua 2 ®iÓm: lµ ®iÓm ®Þnh møc M®m; ω®m vµ ®iÓm kh«ng t¶i lý t−ëng M = 0; ω = ω0. HoÆc ®iÓm kh«ng t¶i lý t−ëng M = 0; ω = ω0 vµ ®iÓm ng¾n m¹ch Mnm; ω = 0. HoÆc ®iÓm ®Þnh møc M®m; ω®m vµ ®iÓm ng¾n m¹ch Mnm; ω = 0. Trang 25 ω ω 0 ω®m TN ω nt NT I ®m Inm I− a) ω ω 0 ω®m TN ω nt NT M ®m Mnm M b) H×nh 22: a) §Æc tÝnh c¬ ®iÖn ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. b) §Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp.Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Tèc ®é gãc ®Þnh møc: 230,3 rads 9,55 2200 9,55 n âm ωâm = = = M«men (c¬) ®Þnh møc: 28,6 Nm 230,3 P .1000 6,6.1000 M âm âm âm = = ω = Nh− vËy ta cã ®iÓm thø nhÊt trªn ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn cÇn t×m lµ ®iÓm ®Þnh møc: 28,6 ; 230,3. Tõ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn ta tÝnh ®−îc: 091Wb 230,3 U I .R 220 35.0,26 K âm âm âm æ âm = − = − ω φ = Tèc ®é kh«ng t¶i lý t−ëng: 241,7 rads 0,91 220 UK âm âm 0 = ≈ φ ω = Ta cã ®iÓm thø hai cña ®Æc tÝnh 0; 241,7 vµ nh− vËy ta cã thÓ dùng ®−îc ®−êng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn nh− ®−êng c trªn h×nh 2 3. Ta cã thÓ tÝnh thªm ®iÓm thø ba lµ ®iÓm ng¾n m¹ch Mnm; 0 770 Nm 0,26 220 0,91 U R M K .I K − dm nm nm = φ = φ⋅ = ⋅ = VËy ta cã täa ®é ®iÓm thø ba cña ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn 770; 0. §é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn cã thÓ x¸c ®Þnh theo biÓu thøc (215) hoÆc x¸c ®Þnh theo sè liÖu lÊy trªn ®−êng ®Æc tÝnh h×nh 23. 2,5 Nm.s 241,7 230,3 M 0 M 28,6 d dM 0 âm âm tn = − = ω − ω − = ∆ω ∆ = ω β = Trang 26 b) X©y dùng ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o cã R−f = 0,78Ω: Khi thay ®æi ®iÖn trë phô trªn m¹ch phÇn øng th× tèc ®é kh«ng t¶i lý t−ëng kh«ng thay ®æi, nªn ta cã thÓ vÏ ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o (cã R −f = 0,78Ω) qua c¸c ®iÓm kh«ng t¶i lý t−ëng 0; ω0 vµ ®iÓm t−¬ng øng víi tèc ®é nh©n t¹o M®m; ωnt: ω (rads) 241,7 Ta tÝnh ®−îc gi¸ trÞ m«men (c¬) ®Þnh møc: 28,66 Nm 230,3 P .1000 6,6.1000 M âm âm âm = = ω = Vµ tÝnh tèc ®é gãc nh©n t¹o: 183,3 rads 0,91 220 (0,26 1,26).35 K U (R R ).I âm âm æ æf âm nt = − + = φ − + ω = Ta cã täa ®é ®iÓm t−¬ng øng víi tèc ®é nh©n t¹o 28,66; 183,3 VËy ta cã thÓ dùng ®−îc ®−êng ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o cã ®iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng nh− ®−êng d trªn h×nh 2 3. Trang 27 230,3 c 183,3 d 0 28,6 M (Nm) H×nh 2 3: §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn vµ ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹oThs. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng 2.2.4. §Æc tÝnh c¬ khi khëi ®éng §M®l vµ tÝnh ®iÖn trë khëi ®éng: 2.2.4.1. Khëi ®éng vµ x©y dùng ®Æc tÝnh c¬ khi khëi ®éng: + NÕu khëi ®éng ®éng c¬ §M®l b»ng ph−¬ng ph¸p ®ãng trùc tiÕp th× dßng khëi ®éng ban ®Çu rÊt lín: Ik®b® = U®mR− ≈ (10 ÷ 20)I®m, nh− vËy nã cã thÓ ®èt nãng ®éng c¬, hoÆc lµm cho sù chuyÓn m¹ch khã kh¨n, hoÆc sinh ra lùc ®iÖn ®éng lín lµm ph¸ huû qu¸ tr×nh c¬ häc cña m¸y. + §Ó ®¶m b¶o an toµn cho m¸y, th−êng chän: I k®b® = Inm ≤ Icp = 2,5I®m (2 18) + Muèn thÕ, ng−êi ta th−êng ®−a thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng ngay khi b¾t ®Çu khëi ®éng, vµ sau ®ã th× lo¹i dÇn chóng ra ®Ó ®−a tèc ®é ®éng c¬ lªn x¸c lËp. I’ k®b® = I’nm = R R U æ æf âm + = (2÷2,5)I®m ≤ Icp ; (219) X©y dùng c¸c ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn khi khëi ®éng §M®l: Tõ c¸c th«ng sè ®Þnh møc (P®m; U®m; I®m; n®m, η®m; ...) vµ th«ng sè t¶i (Ic; Mc; Pc; ...), sè cÊp khëi ®éng m, ta vÏ ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn. X¸c ®Þnh dßng ®iÖn khëi ®éng lín nhÊt: Imax = I1 = (2÷2,5)I®m X¸c ®Þnh dßng ®iÖn khëi ®éng nhá nhÊt: Imin = I2 = (1,1÷1,3)Ic Tõ ®iÓm a(I 1) kÏ ®−êng aω0 nã sÏ c¾t I2 = const t¹i b; tõ b kÏ ®−êng song song víi trôc hoµnh nã c¾t I1 = const t¹i c; nèi cω0 nã sÏ c¾t I 2 = const t¹i d; tõ d kÏ ®−êng song song víi trôc hoµnh th× nã c¾t I1 = const t¹i e; ... Cø nh− vËy cho ®Õn khi nã gÆp ®−êng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn t¹i ®iÓm giao nhau cña ®Æc tÝnh c¬ TN vµ I1 = const, ta sÏ cã ®Æc tÝnh khëi ®éng abcde...XL. Trang 28 NÕu ®iÓm cuèi cïng gÆp ®Æc tÝnh TN mµ kh«ng trïng víi giao ®iÓm cña ®Æc tÝnh c¬ TN vµ I1 = const th× ta ph¶i chän l¹i I1 hoÆc I2 råi tiÕn hµnh l¹i tõ ®Çu. 2.2.4.2. TÝnh ®iÖn trë khëi ®éng: a) Ph−¬ng ph¸p ®å thÞ: Dùa vµo biÓu thøc cña ®é sôt tèc ®é ∆ω trªn c¸c ®Æc tÝnh c¬ øng víi mét gi¸ trÞ dßng ®iÖn (vÝ dô I1 ) ta cã: 1 æ æf 1 NT æ TN I K R R I ; RK φ + ∆ω = φ ∆ω = ; (220) Rót ra: R R æ; TN NT TNi æfi ∆ω ∆ω − ∆ω = (221) Qua ®å thÞ ta cã: R ; he ae R he ha he R æf 1 æ = æ − = T−¬ng tù nh− vËy: Trang 29 H×nh 23: a) S¬ ®å nèi d©y §m®l khëi ®éng 2 cÊp, m = 2 b) C¸c ®Æc tÝnh khëi ®éng §m®l, m = 2. Ckt Rktf I kt I − e K 2 K1 R −f2 R−f1 U − + ω ω 0 a) ω1 ω2 0 I c I2 I1

ThS Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động ThS khơng công minh môn: tự động - đo lờng - khoa điện trờng đại học bách khoa đà nẵng giáo trình truyền động điện tự động (Lu hành nội bộ) Đà nẵng 2005 ThS Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Chơng 1: lời nói đầu Để phục vụ kịp thời cho việc học tập giảng dạy sinh viên giáo viên khoa Điện trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng nh sinh viên trung tâm, làm tài liệu tham khảo cho kỹ s điện ngành có liên quan, đà biên soạn giáo trình truyền động điện tự động (tập1, 2) Giáo trình gồm hai phần: Phần (Tập1): Trình bày kiến thức về: đặc tính máy sản xuất, động cơ; phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ, hệ biến đổi - động cơ; trình độ hệ thống truyền động điện tự động; chọn công suất động Phần (Tập2): Trình bày hệ điều khiển tự động (ĐKTĐ) truyền động điện nh: phân tích nguyên tắc điều khiển tự động; phần tử điều khiển bảo vệ; tổng hợp hệ TĐĐTĐ theo đại số logic Nội dung giáo trình (Phần 1) gồm chơng: Chơng 1: Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Chơng 2: Đặc tính động điện Chơng 3: Điều chỉnh tốc độ động điện theo thông số Chơng 4: Điều chỉnh tốc độ hệ "Bộ biến đổi - Động điện" Chơng 5: Quá trình độ hệ thống truyền động điện Chơng 6: Tính chọn công suất động Nội dung giáo trình (Phần 2) gồm chơng: Chơng 1: Khái niệm chung hệ thống điều khiển tự động truyền động điện (HT ĐKTĐ TĐĐ) Chơng 2: Những nguyên tắc điều khiển tự động Chơng 3: Các mạch bảo vệ tín hiệu hóa Chơng 4: Phần tử điều khiển logic - số Chơng 5: Tổng hợp hệ ®iỊu khiĨn logic Kh¸i niƯm chung vỊ hƯ trun ®éng điện tự động Đ 1.1 Mục đích yêu cầu: + Nắm đợc cấu trúc chung hệ thống truyền động điện tự động (HT-TĐĐTĐ) + Nắm đợc đặc tính loại động hệ thống truyền động điện tự động cụ thể + Phân tích đợc phơng pháp điều chỉnh tốc độ động vấn đề điều chỉnh tốc độ hệ biến đổi - động + Khảo sát đợc trình độ HT-TĐĐTĐ với thông số hệ phụ tải + Tính chọn phơng án truyền động nắm đợc nguyên tắc để chọn công suất động điện + Nắm đợc nguyên tắc điều khiển tự động HTTĐĐTĐ + Phân tích đánh giá đợc mạch điều khiển tự động điển hình máy hệ thống đà có sẵn + Nắm đợc nguyên tắc làm việc phần tử điều khiển logic + Tổng hợp đợc số mạch điều khiển logic + Thiết kế đợc mạch điều khiển tự động máy hệ thống theo yêu cầu công nghệ Do hạn chế thông tin nh khả nên nội dung giáo trình chắn nhiều vấn đề cần hoàn thiện Rất mong bạn đồng nghiệp ®éc gi¶ ®ãng gãp ý kiÕn Th− gãp ý xin gửi cho ThS Khơng Công Minh, Giáo viên khoa điện, Trờng đại học Bách khoa, Đại học Đà nẵng Tác giả Trang ThS Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Cấu trúc hệ TĐĐ TĐ gồm phần chính: Đ 1.2 Cấu trúc phân loại hệ thèng trun ®éng ®iƯn tù ®éng (t®® t®) 1.2.1 CÊu tróc cđa hƯ thèng trun ®éng ®iƯn tù ®éng: * Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động: + Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) tổ hợp thiết bị điện, điện tử, v.v phục vụ cho cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu công tác máy sản suất, nh gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển trình biến đổi lợng theo yêu cầu công nghệ * Cấu trúc chung: Phần điện Ths Khơng Công Minh Phần - Phần lực (mạch lực): từ lới điện nguồn điện cung cấp điện đến biến đổi (BBĐ) động điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX) Các biến đổi nh: biến đổi máy ®iƯn (m¸y ph¸t ®iƯn mét chiỊu, xoay chiỊu, m¸y ®iƯn khuếch đại), biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh lu tiristor, điều áp chiều, biến tần transistor, tiristor) Động có loại nh: động chiều, xoay chiều, loại động đặc biệt - Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm cấu đo lờng, điều chỉnh tham số công nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ cho ngời vận hành Đồng thời số hệ TĐĐ TĐ khác có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác với máy tính điều khiển 1.2.2 Phân loại hƯ thèng trun ®éng ®iƯn tù ®éng: L−íi Bb® msx đc R Rt k kt vh gn Hình 1-1: Mô tả cấu trúc chung hệ TĐĐ TĐ BBĐ: Bộ biến đổi; ĐC: Động điện; MSX: Máy sản xuất; R RT: Bộ điều chỉnh truyền động công nghệ; K KT: Bộ đóng cắt phục vụ truyền động công nghệ; GN: Mạch ghép nối; VH: Ngời vận hành Trang - Truyền động điện không ®iỊu chØnh: th−êng chØ cã ®éng c¬ nèi trùc tiÕp với lới điện, quay máy sản xuất với tốc ®é nhÊt ®Þnh - Trun ®éng cã ®iỊu chØnh: t thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ trun ®éng ®iƯn ®iỊu chØnh tèc ®é, hƯ trun ®éng điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Trong hệ hệ truyền động điện tự động nhiều động - Theo cấu trúc tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động ®iƯn tù ®éng ®iỊu khiĨn sè, hƯ trun ®éng ®iƯn tự động điều khiển tơng tự, hệ truyền động điện tự động điều khiển theo chơng trình - Theo ®Ỉc ®iĨm trun ®éng ta cã hƯ trun ®éng ®iƯn tự động động điện chiều, động điện xoay chiều, động bớc, v.v - Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động hệ truyền động điện tự động - Ngoài ra, có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v Trang ThS Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đ 1.3 ĐặC TíNH CƠ CủA MáY SảN XUấT Và ĐộNG CƠ 1.3.1 Đặc tính máy sản xuất: Ths Khơng Công Minh c + Đặc tính máy sản xuất quan hệ tốc độ quay mômen cản máy sản xuất: Mc = f() + Đặc tính máy sản xuất đa dạng, nhiên phần lớn chúng đợc biếu diễn dới dạng biểu thức tổng quát: Mc = Mco + (Mđm - Mco) ⎜⎜ ⎝ ωđm ⎠ ω d e ω M'c Mc Mc M M f ω®m q M'c (1-1) Trong đó: Mc - mômen ứng với tốc độ Mco - mômen ứng với tốc độ = Mđm - mômen ứng với tốc độ định mức đm + Ta có trờng hợp số mũ q ứng với tải: Khi q = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tơng ứng cấu máy tiện, doa, máy dây, giấy, (đờng c hình 1-2) Đặc điểm loại máy tốc độ làm việc thấp mômen cản (lực cản) lớn Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tơng ứng cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải, cấu ăn dao máy cắt gọt, (đờng d hình 1-2) Khi q = 1, mômen tỷ lệ bậc với tốc độ, tơng ứng cấu ma sát, máy bào, máy phát chiều tải trở, (đờng e hình 1-2) Khi q = 2, m«men tû lƯ bËc hai víi tèc độ, tơng ứng cấu máy bơm, quạy gió, máy nén, (đờng f hình 1-2) + Trên hình 1-2a biểu diễn đặc tính máy sản xuất: Trang Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Mđm a) M b) c) Hình 1-2: a) Các dạng đặc tính máy sản xuất c: q = -1; d: q = 0; e: q = 1; f: q = b) Dạng đặc tính máy sản xuất có tính c) Dạng đặc tính máy sản xuất có tính phản kháng + Ngoài ra, số máy sản xuất có đặc tính khác, nh: - Mômen phụ thuộc vào góc quay Mc = f() mômne phụ thuộc vào đờng Mc = f(s), máy công tác có pittông, máy trục cáp cân có đặc tính thuộc loại - Mômen phụ thuộc vào số vòng quay đờng Mc = f(,s) nh loại xe điện - Mômen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t) nh máy nghiền đá, nghiền quặng Trên hình 1-2b biểu diễn đặc tính máy sản xuất có mômen cản dạng Trên hình 1-2c biểu diễn đặc tính máy sản xuất có mômen cản dạng phản kháng Trang ThS Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 1.3.2 Đặc tính động điện: + Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay mômen động cơ: M = f() + Nhìn chung có loại đặc tính loại động đặc trng nh: động điện chiều kích từ song song hay độc lập (đờngc), động điện chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp (đờngd), động điện xoay chiều không đồng (đờnge), đồng (đờngf), hình 1-3 f e Ths Khơng Công Minh = M M ; đặc tính tuyến tính thì: = ; Hoặc theo hệ đơn vị tơng đối: * = Hoặc tính theo đồ thị: = Trong đó: c d + m tỉ lệ xích trục tốc độ + Đặc tính tự nhiên: đặc tính có đợc động nối theo sơ đồ bình thờng, không sử dụng thêm thiết bị phụ trợ khác thông số nguồn nh động định mức Nh động có đặc tính tự nhiên + Đặc tính nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh: đặc tính nhận đợc thay đổi thông số nguồn, động nối thêm thiết bị phụ trợ vào mạch, sử dụng sơ đồ đặc biệt Mỗi động có nhiều đặ tính nhân tạo (1-2a) dM * ; d* (1-2b) Trong đó: M lợng sai phân mômen tốc độ tơng ứng; M* = M/Mđm ; * = /đm ; * = ω/ωcb + mM lµ tØ lƯ xÝch cđa trơc mômen M Hình 1-3: Các đặc tính bốn loại động điện * Thờng ngời ta phân biệt hai loại đặc tính cơ: Giáo Trình: Truyền động điện Tự động + góc tạo thành tiếp tuyến với trục điểm xét đặc tính mM tg ; (hình 1- 4) m (1-3) m XL mM M() M Hình 1- 4: Cách tính độ cứng đặc tính đồ thị + Động không đồng có độ cứng đặc tính thay đổi giá trị ( > 0, < 0) + Động đồng có đặc tính tuyệt đối cứng ( ) 1.3.3 Độ cứng đặc tính cơ: + Động chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cứng ( 40) + Đánh giá so sánh đặc tính cơ, ngời ta đa khái niệm độ cứng đặc tính đợc định nghĩa: + Động chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tÝnh c¬ mỊm (β ≤ 10) Trang Trang ThS Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đ 1.4 CáC TRạNG THáI LàM VIệC CủA Hệ TĐĐTĐ + Trong hệ truyền động điện tự động có trình biến đổi lợng điện thành ngợc lại Chính trình biến đổi định trạng thái làm việc hệ truyền động điện Có thể lập Bảng 1-1: TT Biểu đồ công suất Pđiện Pcơ P =0 = Pđiện Pđ - Động P Pđ P ∆P 0 Pc ∆P = P® - Pc ; Ths Khơng Công Minh i - hiệu suất hộp tốc ®é i= ω - gäi lµ tû sè trun cđa hộp tốc độ lv Trang 11 ThS Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trong đó: Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trong đó: Jqđ - mômen quán tính quy đổi trục động * Nếu chuyển động tịnh tiến lực quy đổi: M cqõ = Ths Khơng Công Minh Flv . Đ - tốc độ góc trục động (1-8) JĐ - mômen quán tính động = i.t - hiệu suất truyền lực Ji - mômen quán tính bánh thứ i t - hiệu suất tang trống mj - khối lợng quán tính tải träng thø j ii = ω/ωi - tØ sè truyÒn tèc ®é tõ trơc thø i ρ = ω/vlv - gọi tỷ số quy đổi = /vj - tỉ số quy đổi vận tốc tải trọng - Khi lợng truyền từ máy sản xuất đến động c¬: Ptr = Pc - ∆P * VÝ dơ: S¬ đồ truyền động cấu nâng, hạ : (tự chứng minh) 1.5.2 Quy đổi mômen quán tính khối lợng quán tính: Jđ , Mđ , đ + Điều kiện quy đổi: bảo toàn động tích luỹ hÖ thèng: c i, ηi d n W= ∑W (1-9) i ωt , Jt , Mt , ηt ω 2 Chun ®éng quay: W = J Chuyển động tịnh tiến: W = m f (1-10) vlv,Flv v2 G (1-11) NÕu sư dơng s¬ đồ tính toán phần dạng đơn khối, áp dụng điều kiện ta có: n v ω2 ωi2 q = J ⋅ + ∑ Ji ⋅ + ∑mj ⋅ j J qâ ⋅ 2 2 1 Hình 1- 6: Sơ đồ động học cấu nâng hạ c động điện; d hộp tốc độ; e tang trống quay; f tải trọng ⇒ n jqâ = J  + ∑ m Ji + ∑ 2j ii ρj (1-12) Ta cã: J qâ = J  + ∑ q Trang 12 e (1-13) Trong ®ã: it = Ji Jt m j + + i i2 i 2t ρ 2j (1-14) ω - tØ sè trun tèc ®é từ trục tang trống t Trang 13 ThS Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đ 1.6 PHƯƠNG TRìNH ĐộNG HọC CủA Hệ TĐĐ TĐ + Là quan hệ đại lợng (, n, L, M, ) víi thêi gian: r r d (Jω) Mi = ∑ dt i =1 (1-15) + NÕu coi m«men động sinh mômen cản ngợc chiều nhau, J = const, ta có phơng trình dới d¹ng sè häc: M − Mc = J dω dt (1-16) * Nếu chọn lấy chiều tốc độ làm chuẩn thì: M(+) M M(-) M↑↓ω Cßn Mc(+) Mc↑↓ω; Mc(-) Mc↓↓ω Nh− ë đà nêu, M = Mc hệ TĐĐTĐ làm việc xác lập Điểm làm việc xác lập giao điểm đặc tính động điện (M) với đặc tính máy sản suất (Mc) Tuy nhiên giao điểm hai đặc tính điểm làm việc xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, ngời ta gọi ổn định tĩnh hay làm việc phù hợp động với tải Để xác định điểm làm việc, dựa vào phơng trình động học: Theo hệ đơn vị SI: M(N.m); J(kg.m2); (Rad/s); t(s) Theo hÖ kü thuËt: M(KG.m); GD(KG.m2); n(vg/ph); t(s): M − Mc = GD dn ⋅ 375 dt (1-17) J J dn 9,55 dt d Mômen động: Mđg = M − M c = J dt d ⎡⎛ ∂M ⎞ ⎛ ∂M c ⎞ ⎤ = ⎜ ⎟ ⋅ (ω − ωx ) ⎟ −⎜ dt ⎢⎣⎝ ∂ω ⎠ x ⎝ ∂ω ⎠ x ⎥⎦ ⎛ ∂M ⎞ ⎛ ∂M c ⎞ ⎟ → hƯ tăng tốc dt (M) B M d < hệ giảm tốc dt - Khi Mđg = hay M = Mc , th× dω/dt = → hệ làm việc xác lập, hay hệ làm việc ổn định: = const Trang 14 (1-22) Từ phơng trình (1-19) ta thấy rằng: - Khi Mđg > hay M > Mc , th× (1-21) * VÝ dơ: Xét hai điểm giao đặc tính cơ: (1-19) (1-20) Ngời ta xác định đợc điều kiện xác lập ổn định là: Theo hệ hỗn hợp: M(N.m); J(kg.m2); n(vg/ph); t(s): M Mc = Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đ 1.7 ĐIềU KIệN ổN ĐịNH TĩNH CủA Hệ TĐĐ TĐ n Dạng tổng quát: Ths Khơng Công Minh (MC) c Hình 1- 7: Xét điểm làm việc ổn định Trang 15 ThS Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Tại điểm khảo sát ta thấy ba điểm A, B, C điểm làm việc xác lập ổn định Điểm D điểm làm việc không ổn định Trờng hợp: A: < c < c = xác lập ổn định B: > c > c1 = không ổn định Đ 1.8 ĐộNG HọC CủA Hệ TĐĐ TĐ Trong hệ TĐĐ TĐ có thiết bị điện + cơ, phận có nhiệm vụ chuyển từ động đến phận làm việc máy sản xuất đợc biến thành công hửu ích Động điện có phần điện (stato) phần (roto trục) BĐ ĐC TL MSX Ths Khơng Công Minh Tính đàn hồi lớn xuất hệ thống có mạch động học dài không chứa phần tử đàn hồi Sự biến dạng phần tử nhỏ nhng số phần tử lớn nên toàn máy trở nên đáng kể Trong trờng hợp phần khí hệ thay tơng đơng mẫu học đơn khối mà phải thay mẫu học đa khối, hình 9b MĐ Mđh J1 Động ĐK Phần Hình 1- 8: Sơ đồ cấu trúc hệ TĐĐ TĐ Phần phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu loại máy, chúng đa dạng phức tạp, phải đa dạng điển hình đặc trng cho loại, phần có dạng tổng quát đặc trng gọi mẫu học truyền động điện Mẫu học (đơn khối) vật thể rắn quay xung quanh trục với tốc độ động cơ, có mômen quán tính J, chịu tác động mômen động (M) mômen cản (Mc), hình M Hình 1- 9: Mẫu học J Khâu đàn hồi a) M Phần điện Giáo Trình: Truyền động điện Tự động MC F1 J2 Fđh Máy sản xuÊt J® K m2 F2 F®h b) JC MC ωC c) Hình 1- 10: Mẫu học đa khối hệ chuyển động quay (a), chuyển động tịnh tiến (b) có khâu khí đàn hồi, hệ trục mềm đàn hồi (c) Nếu quy đổi mômen mômen quán tính trục tốc độ (động máy sản xuất) phần lớn trờng hợp hệ truyền động có khâu đàn hồi phần thay tơng đơng mấu học đa khối gồm khâu: khâu gồm rôto phần ứng động với phần tử nối cứng với động nh hộp tốc độ, trống tời v.v ; khâu khâu đàn hồi không quán tính; khâu khâu máy sản xuất; nh hình 1- 9b Trong Mđh mômen đàn hồi Mc Trang 16 m1 Khâu đàn hồi Trang 17 Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 201 Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động hệ thống điều khiển tự động - Qua đồ thị khởi động trên, ta thấy: việc ngắn mạch cấp điện trở phụ xảy sau khoảng thời gian định: Đ7.1 nguyên tắc điều khiển tự động Xuất phát từ yêu cầu công nghệ: cần thay đổi tốc độ, thay đổi hành trình làm việc cấu sản xuất Xuất phát từ chế độ làm việc HT ĐKTĐ: khởi động, chuyển đổi tốc độ, hÃm, đảo chiều, dừng máy Xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật, kinh tế: điều chỉnh tốc độ, ổn định, xác cao, an toàn kinh tế Từ cần có nguyên tắc ĐKTĐ để thực đợc yêu cầu trên, đồng thời tự động hạn chế đại lợng cần hạn chế: dòng điện cho phép, mô men cho phép, tốc độ cho phép, công suÊt cho phÐp, 7.1.1a Néi dung d b e ω(t) c I2 Ic I(t) Ic I2 I1 I− - Thời gian thực cấp khởi động (tdtr.kđ) đợc xác định theo tính toán trình độ cđa hƯ thèng T§§ T§ M đgi M đgi+1 M đgi J = ln β M đgi+1 (7-1) - Thêi gian chỉnh định rơ le thời gian để thực hiƯn gia tèc tõ tèc ®é thø i ®Õn tèc ®é thø i+1 lµ: tc® = tq® - to (7-2) Trong đó: tqđ - thời gian độ cấp tốc độ a - Các tín hiệu điều khiển thời điểm đợc tạo nhờ rơ le thời gian Thời gian trì rơ le thời gian đạt: td.tr = 0,05s ữ h, lớn M đgi ωi +1 − ωi =J ln M đgi − M đgi+1 M đgi+1 ω I I1 + Cấp thứ đợc ngắn mạch sau khoảng thời gian t2 kể từ bắt đầu ngắn mạch cấp t ụ = Tci ln Có đồ thị khởi ®éng §M®l víi cÊp ®iƯn trë phơ: TN + Cấp thứ đợc ngắn mạch sau khoảng thời gian t1 kể từ bắt đầu khởi động Khi M() [ hay I() ] tuyến tính thời gian trình độ hai cấp tốc độ là: 7.1.1 Điều khiển tự động theo nguyên tắc thời gian XL Giáo Trình: Truyền động điện Tự động - Trên hình 7-1, trình bày đặc tính khởi động: (I), (t), I(t) động điện chiều kích từ độc lËp, cã cÊp khëi ®éng (dïng ®iƯn trë phơ hạn chế dòng khởi động) Chơng Ths Khơng Công Minh t1 t2 t3 Hình - 1: Các đặc tính độ khởi động t to - thời gian tác động thiết bị, khí cụ mạch có liên quan đến tác động rơ le thời gian Trang 203 Trang 202 Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động * Mở máy động điện chiều cấp điện trở phụ 1) Sơ đồ: 1G 2G L1 K § R−f2 R−f1 CKT L2 2RTh L3 +UL L4 2CD K 2CD D M K 10 K K K 1RTh 11 1G 13 1RTh 15 2RTh 17 2G H×nh - 2: Sơ đồ nguyên lý biểu đồ thời gian 2) Nguyên lý làm việc: * Khởi động động cơ: Trang 204 Giáo Trình: Truyền động điện Tự động - Đóng cầu dao 1CD, 2CD, dẫn đến cuộn dây rơ le thời gian 1RTh(11-10) có điện, tiếp điểm 1RTh(13-15) mở ra, đảm bảo cho cuộn dây công tắc tơ 1G(15-10), 2G(17-10) điện, nh điện trở phụ Rf1 , Rf2 , tham gia mạch phần ứng 7.1.1b Các mạch điển hình: +UL 1CD Ths Khơng Công Minh - ấn nút M cuộn dây K(9-10) có điện, tiếp điểm K(1-3), K(6-8) đóng lại, dẫn đến động Đ đợc khởi động với toàn điện trở phụ mạch phần ứng: Rf = Rf1 + Rf2 , theo đặc tính Tiếp điểm K(7-9) đóng lại để trì cho công tắc tơ K ấn M Các tiếp điểm K(1-3), K(6-8) đóng lại, làm cho cuộn dây 2RTh(4-6) có điện, tiếp điểm 2RTh(15-17) mở ra, đảm bảo cho cuộn dây 2G(17-10) điện K(5-11) mở, K(5-13) đóng, làm 1RTh(11-10) điện, sau thời gian chỉnh định 1RTh ( t1) 1RTh(13-15) đóng, làm cho 1G(4-6) đóng, ngắn mạch Rf1 , động Đ khởi động sang đặc tính 2, tơng ứng với Rf2 Tiếp điểm 1G(4-6) đóng lại, làm 2RTh(4-6) điện, sau thời gian chỉnh định 2RTh ( t2 - t1), 2RTh(15-17) kín lại, làm 2G(17-10) có điện, 2G(2-4) đóng lại, ngắn mạch Rf2 , động Đ chuyển sang đặc tính tự nhiên tới làm việc điểm xác lập XL * Dừng động cơ: - ấn nút D làm cuộn dây K(9-10) điện, K(1-3) mở, K(6-8) mở, làm phần ứng Đ điện, 2RTh(4-6) điện; K(7-9) mở ra, K(5-13) mở, K(5-11) kín lại, làm 1RTh(11-10) có điện lại, chuẩn bị khởi động lần sau * Phơng trình đặc tÝnh c¬: ω= U R − + R − fΣ M K (K ) (6-3) * Phơng trình đặc tính trình độ khởi động: Trang 205 Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tù ®éng ω = ωXL + (ωb® + ωXL).e-t/Tc M = Mc + (M1 - Mc).e (7-4) -t/Tc (7-5) Tr¹ng thái phần tử 1RTh 1G 2G 2RTh Giáo Trình: Truyền ®éng ®iƯn Tù ®éng - V× Mc′ > Mc (hay Ic > Ic) nên Mđộng = (M - Mc) < Mđộng trình gia tốc chậm lại Ban đầu tăng đến (1 < 1), tức cấp điểm b1 đà hết thời gian chỉnh định RTh nên phải chuyển sang cấp 2, tøc sang ®iĨm c1, cø nh− vËy chun ®ỉi tõ d1 sang e1, v.v Nh− vËy, khëi ®éng mà Mc (hay Ic) tăng lên, dẫn đến tải, hay dòng cho phép I t1 t2 t3 t t0 Hình 7-3: Đặc tính hoạt động theo thời gian phần tử sơ ®å ®iỊu khiĨn tù ®éng M − Mc I −I tk® = Tc ln = Tc ln c M2 − Mc I2 − Ic (7-6) TN XL e d b c e’ ωxl I1 ω2 c’ I2 Ic Ic I2 I ’c I ’2 I1 I’1 I’’1 ω(t) I(t) ω1 I− t1 t2 t3 t Hình 7-4: Các đặc tính khởi động theo nguyên tắc thời gian phụ tải bị thay đổi trình khởi động (7-7) (7-8) Vì [t(K) , t(1G) , t(2G)] Icp - Đối với động không đồng bộ: f = const, M U2 , nên UL giảm M giảm mạnh, mô men động giảm, tốc độ chuyển đổi giảm, thời gian độ tăng (thời gian khởi động, hÃm, đảo chiều, tăng) 4) ảnh hởng điện trë R (khi UL = const, Mc = const): - Các điện trở dây quấn khởi động từ, công tắc tơ, rơ le, động cơ, nhiệt độ thay đổi điện trở bị thay đổi, thời gian chỉnh định thay đổi, trình khởi động, hÃm, đảo chiều mà dùng điện trở phụ nhiệt độ tăng, điện trở tăng, thời gian chỉnh định giảm, mô men động tăng lớn mô men cho phép Trang 208 ω1 XL TN d b ω I ωxl I1 ω2 e ω(t) ω1 c I(t) I2 Ic a Ic I I1 I− t1 t2 t3 t Hình - 6: Các đặc tính khởi động theo nguyên tắc tốc độ - Điều khiển theo tốc độ dựa sở kiểm tra trực tiếp gián tiếp thay đổi tốc độ - KiĨm tra trùc tiÕp cã thĨ dïng r¬ le kiĨm tra tốc độ kiểu ly tâm Cách dùng dùng rơ le kiểm tra tốc độ phức tạp, đắt tiền làm việc chắn - Có thể kiểm tra tốc độ gián tiếp qua máy phát tốc Trang 209 Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Máy phát tốc (FT) máy điện chiều có: = const EFT , loại hay dùng động điện chiều - Đối với động không đồng bộ, thờng kiểm tra tốc độ gián sức điện động rôto tần số rôto Tại tốc độ cần điều khiển (1, 2, ), rơ le kiểm tra tốc độ kiểm tra điện áp FT, Erôto, frôto, tác động tạo tín hiệu điều khiển 7.1.2b Các mạch điển hình: + CKT I− 2G R−f2 E R−f1 U1G = KΦω1 + I2.(R− + R−f2) = UL - I2.R−f1 = Uh.1G ; (7-14) 1G tác động, ngắn mạch Rf1, động chuyển sang đờng - Đến = th×: U2G = KΦω2 + I2.R− = UL - I2.R−f2 = Uh.2G > Uh.1G ; (7-15) - Coi điện áp l−íi UL = cosnt, víi I2 = const, vµ R−f1 = Rf2 , ta có điện áp hút công tắc tơ : Uh.1G = Uh.2G 0V 1G - Đến = thì: 2G tác động, ngắn mạch Rf2, động chuyển sang đặc tính tự nhiên * Mở máy cấp tốc độ động điện chiều: +UL Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Nh chọn công tắc tơ gia tốc loại, chỉnh định K 7.1.2c NhËn xÐt U§ 2G + D M K - K 1G Hình 7-7: Nguyên tắc ĐKTĐ mở máy cấp ĐM theo tốc độ * Mỗi công tắc tơ gia tốc (1G, 2G, ) đợc chỉnh định với trị số điện áp hút định tơng ứng với cấp tốc độ định nh 1, , ấn nút M làm K tác động, động Đ khởi động với toàn điện trở mạch phÇn øng (R−Σ = R− + R−fΣ = R− + Rf1 + Rf2), đờng đặc tính 1, lúc đầu tốc độ = nhỏ nên: UĐ = E§ + I−.R− = KΦω + I−.R− < Uh.1G (hoặc 2G); Trang 210 (6-13) 1) Ưu điểm: Phơng pháp ĐKTĐ theo tốc độ dùng thiết bị, khí cụ điều khiển dùng công tắc tơ không cần tác động thông qua rơle nên đơn giản, rẻ tiền 2) Nhợc điểm: Thời gian độ vµ thêi gian h·m phơ thc Mc, J, UL, tocđa R, dây quấn, làm thay đổi trình độ (nh UL giảm hay Mc tăng, làm thời gian độ tăng, trình độ chậm, đốt nóng điện trở khởi động, điện trở hÃm, làm khó khăn cho việc chỉnh định điện áp hút công tắc tơ rơ le tốc độ) - Khi điện áp lới dao động làm thay đổi tốc độ chuyển cấp điện trở (1, 2, ) dòng điện nhảy vọt dòng cho phép - Khi điện áp lới giảm thấp có khả xảy không đủ điện áp để công tắc tơ tác động động dừng lại làm việc lâu dài tốc độ trung gian, làm đốt nóng điện trở khởi động (hay ®iƯn trë h·m, ) vµ nh− vËy lµm thay ®ỉi tốc độ chuyển cấp Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 211 Trang 212 - Công tắc xoay KC có vị trí: giữa; 1, bên thuận 1, bên ngợc; KC có tiếp điểm: KC1, KC2, KC3, KC4, KC5, 7.1.3 Điều khiển tự động theo nguyên tắc dòng điện 7.1.3a Nội dung - Các công tắc tơ có tiếp điểm trì thời gian H, 1G - Có đồ thị khởi động ĐMđl với cấp điện trở phụ: - Rơle dòng điện RHn có: ω2 ω1 XL TN d b Ih·m > Ih.RHn > I1 Inh.RHn = Ir«to = I2 ω I ωxl I1 ω2 e ω(t) ω1 c Ic I I1 I− (N) 1 (T) KC1 N T KC2 N I(t) I2 Ic N a ~ UL ~ UL (7-16) (7-17) t1 t2 t3 T ~ T RHn t H KC3 Hình 7-8: Các đặc tính khởi động theo nguyên tắc dòng điện Đ - Qua đồ thị hình 7-8 ta thấy rằng: khởi động, dòng khởi động thay đổi khoảng (I1 ữ I2) Nhất lần chuyển cấp điểm chuyển cấp thờng giá trị dòng điện (I2), nên ta dùng rơle dòng điện công tắc tơ có cuộn dây dòng điện để tạo tín hiệu điều khiển - Tại điểm chuyển cấp b, rơle dòng điện tác động theo dòng chuyển cấp I2 để ngắn mạch cấp điện trở thứ nhất, động chuyển từ đặc tính sang đặc tính Đến điểm d, rơle dòng điện tác động theo dòng I2 để ngắn mạch cấp điện trở thứ hai, động chuyển từ đặc tính sang đặc tính tự nhiên TN - Cứ nh vậy, động đợc khởi động đến tốc độ xác lập 7.1.3b Các mạch điển hình: * HÃm ngợc đảo chiều ĐKdq theo nguyên tắc dòng điện: 2G R2f2 KC4 H 1G KC5 1G 2G 2G 1G 1G H H R2f1 Rh ω B A (TN,T) RHn I1 Hình 7-9: Sơ đồ điều khiển tự động ĐKdq theo nguyên tắc thời gian dòng điện C Ic2 I2 A (TN,N) Ic1 I -0 Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động ®iÖn Tù ®éng Trang 213 Trang 214 - HÖ thèng làm việc điểm A đặc tính (A), tơng ứng với vị trí 2(T) công tắc KC, tiếp điểm KC1, KC3, KC4, KC5 kín, công tắc tơ T, H, 1G, 2G có điện, công tắc tơ N điện, toàn điện trở phụ mạch rôto bị ngắn mạch, RHn không tác động Khi H có điện ngắn mạch Rh, làm cho Đ khởi động ngợc theo đờng đặc tính (CD) - Dừng động cách hÃm ngợc: + Quay tay gạt KC tõ vÞ trÝ 2(T) sang 2(N), qua vÞ trÝ tất công tắc tơ rơle điện, động đợc tách khỏi lới điện, toàn điện trở phụ đợc đa vào mạch rôto, mạch điện trạng thái thờng nh hình vẽ + Khi đến vị trí 2(N), tiếp điểm KC2, KC3, KC4, KC5 kín lại, KC1 hở ra, công tắc tơ T điện; N, H có điện đảo pha stato động cơ, làm động thực trình hÃm ngợc (giai đoạn đầu trình đảo chiều) Tốc độ đồng động lúc 0N = - 0T , dòng điện rôto tăng lớn: Irôto = IhÃm > Ih.RHn > I1 nên RHn tác động làm hở tiếp điểm thờng kín nó, đảm bảo cho công tắc tơ H, 1G, 2G điện, toàn R2f1 R2f2 tham gia mạch rôto với Rh để hạn chế dòng đảo chiều dòng hÃm ngợc động IhÃm Icp (đoạn BC) + Tốc độ động Đ giảm dần, dòng hÃm giảm dần đến I2 RHn nhả (vì Inh.RHn = I2 , lúc 0), làm cho H có điện, ngắn mạch Rh đảm bảo RHn không tác động trở lại, kết thúc trình hÃm ngợc + Muốn dừng động quay KC vị trí 0, công tắc tơ rơle điện, động dừng tự - Đảo chiều: + Quá trình thực tơng tự hÃm ngợc, nhng dòng điện hÃm giảm đến I2 để KC vị trí 2(N), sau RHn nhả làm cho H có điện, kết thúc trình hÃm ngợc bắt đầu trình khởi động ngợc + Sau thêi gian tr× cđa H, nã sÏ tác động làm 1G có điện, tiếp điểm 1G ngắn mạch R2f1, làm cho Đ khởi động tiếp sang đặc tính DE + Sau thời gian trì 1G, tác động làm 2G có điện, ngắn mạch R2f2, Đ khởi động sang đặc tính tự nhiên tới điểm xác lập 7.1.3c Nhận xét 1) Ưu điểm: Có thể trì mô men động giới hạn định Quá trình khởi động, hÃm không phụ thuộc môi trờng 2) Nhợc điểm: Khi UL, Mc thay đổi, Mc lớn làm cho Ic > I2, nh động làm việc đặc tính trung gian, làm phát nóng điện trở, ảnh hởng đến trình làm việc động 7.1.4 Điều khiển tự động theo nguyên tắc khác 7.1.4a Điều khiển tự động theo nguyên tắc hành trình 1) Nội dung: - Trên hành trình (đờng đi) phận làm việc máy móc, thiết bị (nh bàn máy, đầu máy, mâm cặp, ) đợc đặt cảm biến, công tắc hành trình, công tắc cực hạn, công tắc điểm cuối, , để tạo tín hiệu điều khiển: khởi động, hÃm, đảo chiều, thay đổi tốc độ 2) Mạch điển hình: Phân tích truyền động bàn máy bào dờng: Trong sơ đồ dùng công tắc hành trình KH có tiếp điểm KH1, KH2 loại không tự phục hồi Tại vị trí xuất phát ban đầu bàn máy tiếp điểm KH1 kín, KH2 hở Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Trang 215 Trang 216 Khởi động: ấn nút M RTr có điện, T có điện làm ĐM đợc đóng điện kéo bàn chạy thuận, đồngthời 1RTh có điện mở tiếp điểm để chuẩn bị cho đảo chiỊu v vth t T A Bµn N B KH A Bàn T B N Đi hết hành trình ngợc, vấu B đập vào công tắc hành trình KH làm cho tiếp điểm KH2 hở, KH1 kín lại, công tắc tơ N điện T cha có điện, §M h·m tù KH KH D +UL T N § N D - Sau thêi gian tr× cđa 2RTh, tiếp điểm đóng lại làm cho T có điện ĐM kéo bàn chạy thuận 1RTh có điện mở tiếp điểm nó, chuẩn bị cho hành trình ngợc KH M - RTr RTr KH1 RTr 2RTh N KH2 RTr 2RTh T Sơ đồ điều khiển theo nguyên tắc hành trình 1RTh T N 2RTh Bàn làm việc với chu kỳ thuận/ngợc nh hình 7-10 Muốn dừng máy: ấn nút D RTr điện, T, N, 1RTh, 2RTh điện, động hÃm tự lúc dừng máy T 7.1.4b Nhận xét N * Ngoài nguyên tắc ĐKTĐ đà nêu trên, số nguyên tắc ĐKTĐ khác: ĐKTĐ theo mô mem, công suất, sức căng, nhiệt độ, ánh sáng, áp suất, T Hình 7-10: Khi hết hành trình thuận, vấu A đập vào công tắc hành trình KH làm cho tiếp điểm KH1 mở, KH2 kín, dẫn đến T điện nhng N cha có điện, ĐM h·m tù Sau thêi gian tr× cđa 1RTh tiếp điểm đóng điện cho N, làm ĐM đảo chiều, kéo bàn chạy ngợc Khi 2RTh có điện, mở tiếp điểm chuẩn bị cho hành trình thuận vng UL + Giáo Trình: Truyền động điện Tự động * Đánh giá sơ đồ điều khiển: với yêu cầu kỹ thuật tất sơ đồ cao thì: Công suất lớn trọng lợng giá thành cao Dùng thiết bị, khí cụ bé, đại giá thành cao Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Cùng công suất trọng lợng giá thành lớn nguyên tắc ĐKTĐ theo thời gian, sau nguyên tắc ĐKTĐ theo dòng điện cuối nguyên tắc ĐKTĐ theo tốc độ Trang 217 Nói chung nguyên tắc ĐKTĐ theo tốc độ thờng dùng để điều khiển hÃm động Nguyên tắc ĐKTĐ theo dòng điện chủ yếu dùng để điều khiển khởi động động cơ, Nguyên tắc ĐKTĐ theo thời gian ứng dụng rộng rÃi đơn giản Đ7.2 Các phần tử bảo vệ tín hiệu hoá Ths Khơng Công Minh 7.2.2 Các dạng bảo vệ: 7.2.2a Bảo vệ ngắn mạch: - Bảo vệ ngắn mạch bảo vệ cố gây nên h hỏng cách điện, h hỏng cấu thiết bị, máy móc (khi ngắn mạch gây nên nhiệt độ tăng nhanh gây cháy sức từ động tăng mạnh gây va đập, ) Trang 218 - Các thiết bị bảo vệ thờng dùng: cầu chì, aptômat, rơle dòng điện cực đại, khâu bảo vệ ngắn mạch bán dẫn, điện tử, - Dòng tác động cầu chì: Idc = Ikđ / 7.2.1 ý nghĩa bảo vệ tín hiệu hoá * Các phần tử bảo vệ tín hiệu hoá có vai trò to lớn: Đảm bảo trình làm việc an toàn cho ngời máy móc, thiết bị Quá trình làm việc xảy cố chế độ làm việc xấu cho ngời máy móc, thiết bị, đồng thời báo hiệu cho ngời vận hành biết tình trạng làm việc hệ thống ĐKTĐ để xử lý * Chức thiết bị bảo vệ tín hiệu hoá: Ngõng hƯ thèng (m¸y mãc) sù cè nguy hiĨm trực tiếp đến ngời, thiết bị, máy móc: U < Uquy định , U > Ucp , I > Icp , Khi tải cố cha nguy hiểm đến thiết bị, máy móc thiết bị bảo vệ tín hiệu hoá phải báo cho ngời vận hành biết để sử lý kịp thời Bảo đảm khởi động, hÃm, đảo chiều , cách bình thờng, nghĩa phải đảm bảo cho: I < Icp, to < tocp , Giáo Trình: Truyền động điện Tự động (7-18) Trong đó: Idc dòng tác động dây chảy đợc chọn Ikđ dòng khởi động động cơ, phụ tải đợc bảo vệ hệ số xét đến quán tính nhiệt = 2,5 động khởi động bình thờng = (1,6 ữ 2) động khởi động nặng + Cấm đặt cầu chì dây trung tính, mạch nối đất, đứt dây chì vỏ máy có điện áp cao nguy hiểm Dùng cầu chì bảo vệ ngắn mạch đơn giản, rẻ tiền, nhng tác động không xác, dòng tác động phụ thuộc vào thời gian, thay lâu, không bảo vệ đợc chế độ làm việc pha - Dòng chỉnh định aptômat: Icđ = (1,2 ữ 1,3).Ikđ ; (7-19) + Aptômat tác động đóng lại nhanh, cắt đợc dòng lớn, bảo vệ đợc chế độ làm việc dòng pha (khi bÞ mÊt pha) Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động - Dùng rơle dòng điện cực đại (RM) bảo vệ ngắn mạch phải chỉnh định dòng tác động cho phù hợp với dòng ngắn mạch Thờng đặt rơle dòng cực đại pha động không đồng pha, đặt cực động chiều Tiếp điểm RM loại không tự phục hồi Ths Khơng Công Minh - Thờng dùng rơle nhiệt, aptômát có bảo vệ nhiệt, phần tử bảo vệ tải bán dẫn, để bảo vệ tải cho phụ tải dài hạn - Các tiếp điểm rơle nhiệt (RN) loại không tự phục hồi, sau rơle nhiệt đà tác động phải ấn reset tay Phải chọn rơle nhiệt có đặc tính phát nóng gần với đặc tính phát nóng thiết bị, động cần đợc bảo vệ (hình 7-13) Trang 219 Trang 220 + Ví dụ dùng cầu chì aptômat bảo vệ ngắn mạch: ~ A 1CC Giáo Trình: Truyền động điện Tự động + Dòng chỉnh định rơle nhiệt, aptômat: Icđ = (1,2 ữ 1,3)Iđm ~ K 2C D Trong đó: Iđm dòng định mức động cơ, phụ tải 2C M (7-20) K + Ví dụ dùng rơle nhiệt aptômat bảo vệ tải dài hạn: Đ ~ K A K RN ~ 2CC Hình 7-11: Sơ đồ dùng cầu chì, aptômat bảo vệ ngắn mạch M D Đ + Ví dụ dùng rơle dòng cực đại bảo vệ ngắn mạch: K ~ CD RM K RN ~ 2CC D 2CC M K 2CC K RN R Đ K Hình 7-12: Sơ đồ dùng rơle dòng cực đại bảo vệ ngắn mạch 7.2.2b Bảo vệ nhiệt: - Nhằm tránh tải lâu dài, không khí cụ, thiết bị, động phát nóng nhiệt độ cho phép Hình 7-13: Sơ đồ dùng rơle nhiệt aptômat bảo vệ tải - Dùng rơle dòng cực đại (RI) để bảo vệ tải cho phụ tải ngắn hạn ngắn hạn lặp lại Khi phụ tải làm việc thời gian ngắn, phát nóng phụ tải không phù hợp với đặc tính rơle nhiệt, nên rơle nhiệt không tác động kịp, phải dùng rơle dòng cực đại tác động nhanh + Ví dụ dùng rơle dòng cực đại bảo vệ tải ngắn hạn: ~ A K RI ~ 2CC RM § D 2CC M RI K K RM RI Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đặt công tắc xoay KC vị trí tiếp đểm KC1 kín, KC2 hở; Đóng cầu dao CD, nếuđiện áp làm việc đạt giá trị cho phép (Ung > 85%Ung.đm) RA tác động, tự trì thông qua tiếp điểm RA(1-3) Trang 221 Quay công tắc KC đến vị trí trái (T) K có điện, làm cho động quay Khi điện áp Ung 85%Ung.đm RA nhả làm K điện động đợc loại khỏi lới điện, tránh cho động khỏi bị đốt nóng nhiệt độ cho phép (vì điện áp thấp dẫn đến dòng tăng dòng cho phép động cơ) - Dòng chỉnh định rơle dòng cực đại bảo vệ tải: Trang 222 Icđ.RI = (1,4 ữ 1,5)Iđm (7-21) - Thờng dùng rơle dòng cực đại bảo vệ ngắn mạch (RM) rơle dòng cực đại bảo vệ tải (RI) Tiếp điểm rơle dòng cực đại bảo vệ tải loại tự phục hồi (hình 7-14) Khi động làm việc, điện nguồn có điện lại, động không tự khởi động lại đợc, KC vị trí trái KC1 hở, RA đà điện điện áp nguồn, có điện lại K điện + Ví dụ dùng rơle điện áp (RA) bảo vệ đểm không cực 7.2.2c Bảo vệ điểm không cực tiểu: - Nhằm tránh làm việc với điện áp nguồn thấp áp nguồn, tránh tự khởi động lại ®iƯn ¸p ngn phơc håi tiĨu: ~Ung - Th−êng dïng rơle điện áp (RA), công tắc tơ (CTT), khởi động từ (KĐT), để bảo vệ đểm không cực tiểu CD - Chỉnh định điện áp hút, nhả rơle điện áp, công tắc tơ: Uh.RA > Ung.sụt.cp (7-22) Unh.RA Ung.sụt.cp (7-23) Trong đó: Uh.RA điện áp hút rơle điện áp, hay công tắc tơ, khởi động từ Unh.RA điện áp nhả RA, CTT, KĐT Ung.sụt.cp = 85%Ung.đm điện áp nguồn sụt cho phép Nguyên lý làm việc bảo vệ sơ đồ hình - 20: 1CC 2CC RA 2CC K RA RN RN (T) KC1 (P) RN RN KC2 K Đ 1 Hình 7-15: Sơ đồ có bảo vệ điểm không cực tiểu Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 7.2.2d Bảo vệ thiếu từ trờng: - Nhằm bảo vệ thiếu kích từ động Khi điện áp hay dòng kích từ động bị giảm, gây tốc độ động cao tốc độ cho phép, dòng điện động lớn dòng cho phép, dẫn đến h hỏng phần động học máy, làm xấu điều kiện chuyển mạch, 7.2.2e Bảo vệ liên động: - Nhằm bảo đảm làm việc an toàn cho mạch (bảo đảm nghiêm ngặt trình tự làm việc hợp lý thiết bị, tránh thao tác nhầm) - Dùng rơle dòng điện, rơle điện áp, để bảo vệ thiếu từ trờng - Các thiết bị bảo vệ liên động khí nh: nút ấn kép, công tắc hành trình kép, Và phần tử bảo vệ liên động điện nh: Trang 223 Trang 224 + Ví dụ dùng rơle dòng điện, rơle điện áp để bảo vệ thiếu từ trờng (hình 7-16) Các tiếp điểm khoá chéo công tắc tơ, rơle, làm việc chế độ khác Ví dụ: Nguyên lý bảo vệ: đủ điện áp rơle thiếu từ trờng RTT đóng kín tiếp điểm nó, KC đặt vị trí nên tiếp điểm KC1 kín, RA tác động Quay KC sang vị trí (T) cho động làm việc bình thờng Khi điện áp sụt giá trị cho phép, dòng kích từ giảm thấp đến giá trị: Ikt.Đ = Inh.RTT , Inh.RTT Ikt.min.cp , nên RTT nhả làm K điện, loại động khỏi lới điện để bảo vệ động Ung + 1CC K RN K RTT MT MN N CC T T T - MN T N N CK§ RA RA RN RTT 2CC KC1 K KC2 (T) ~ CC D § 2CC ~ A N 1CC § ~ (P) Hình 7-16: Sơ đồ bảo vệ thiếu, kích từ động Hình - 22: Sơ đồ có bảo vệ liên động điện Khi khởi động thuận, ấn nút MT T có điện, đóng điện cho động quay, tiếp điểm thờng kín MT mở không cho N có điện, đảm bảo không bị ngắn mạch mạch stato Khi T đà có điện tiếp điểm thờng kín T mở ra, đảm bảo cho N có điện nh không may có ngời tác động vào nút MN Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Khi Đ quay thuận, muốn đảo chiều, ấn nút MN T điện N có điện, trình đảo chiều diễn bình thờng Nếu không may trình quay thuận, tiếp điểm T mạch stato bị dính tiếp điểm T mạch cuộn dây N không kín lại đợc, nên ấn MN nhng N có điện đợc, tránh đợc ngắn mạch bên phía stato nh T N tác động Nh liên động điện sơ đồ đà bảo đảm cho sơ đồ hoạt động bình thờng, trình tự làm việc đặt ra, tránh thao tác nhầm Trang 225 Trang 226 - Khi xuất chế độ làm việc xấu nhng cha cần phải dừng máy thiết bị bảo vệ hoạt động làm cho thiết bị tín hiệu báo cho ngời vận hành biết để xử lý kịp thời Sơ đồ hình 6-23 hoạt động bình thờng Nếu nh tải rơle nhiệt tác động, làm RA đến K điện, loại động khỏi tình trạng nguy hiểm, đồng thời đóng tiếp điểm làm đèn đỏ ĐĐ sáng lên, báo cho ngời vận hành biết để xử lý, sau xư lý xong, ng−êi vËn hµnh Ên reset cđa RN vận hành lại đợc 7.2.3 Tín hiệu hoá - Khi tín hiệu đà báo mà không đợc xử lý kịp thời thiết bị bảo vệ tác động đình làm việc hệ thống truyền động điện - Thiết bị tín hiệu hoá: Âm thanh: chuông, còi, ; ánh sáng: đèn, mầu, ; Cờ báo: rơle tín hiệu, Ví dụ: Còn bị ngắn mạch động rơle bảo vệ dòng cực đại RM tác động, loại động khỏi tình trạng nguy hiểm, đồng thời đóng tiếp điểm làm cho chuông Chg kêu lên, báo cho ngời vận hành biết để xử lý kịp thời, sau xư lý xong, ng−êi vËn hµnh Ên reset RM vận hành lại đợc ~Ung câu hỏi ôn tập A 2CC RA RM 2CC RA (T) RN RM (P) KC1 K K KC2 RN RN Dựa vào sở để ngời ta đa nguyên tắc điều khiển tự động theo thông số thời gian, tốc độ, dòng điện, hành trình, v.v ? 1 ĐĐ RN Phân tích nội dung nguyên tắc điều khiển tự động theo thời gian, tốc độ, dòng điện, hành trình ? Giải thích nguyên lý làm việc sơ đồ minh họa cho nguyên tắc ? Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Tại xảy cố hệ thống truyền động điện tự động ? cách khắc phục cố nh ? Phân tích bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ tải, bảo bệ điểm không cực tiểu, bảo vệ thiếu từ trờng, bảo vệ liên động ? Giải thích nguyên lý bảo vệ mạch điển hình tơng ứng với bảo vệ ? Tín hiệu hóa ? Các mạch tính hiệu hóa có tác dụng hƯ thèng trun ®éng ®iƯn tù ®éng ? Trang 227 Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự ®éng ... Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Chơng Điều chỉnh thông số đầu Hệ thống truyền động điện Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động. .. Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 55 Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đ 2.4 ĐặC TíNH CƠ CủA động không... Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Phơng trình đặc tính hÃm động tự kích từ: 2.3.4.2 HÃm động ĐMnt: a) HÃm động kích từ độc lập: Động