Bài giảng truyền động điện tự động chương 2 phạm khánh tùng

CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐiỆN Phạm Khánh Tùng Bộ môn Kỹ thuật điện – khoa Sư phạm kỹ thuật http://hnue.edu.vn/directory/tungpk tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÁI NIỆM CHUNG + Trong phân tích hệ truyền động, thường biết trước đặc tính Mc(ω) máy sản xuất + Đạt trạng thái làm việc với thông số yêu cầu tốc độ, mơmen, dịng điện động cần phải tạo đặc tính nhân tạo động tương ứng + Mỗi động có đặc tính tự nhiên xác định số liệu định mức sử dụng loạt số liệu cho trước + Những đặc tính nhân tạo có biến đổi thông số nguồn, mạch điện động cơ, thay đổi cách nối dây mạch, dùng thêm thiết bị biến đổi tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN + Bất kỳ thơng số có ảnh hưởng đến hình dáng vị trí đặc tính cơ, coi thông số điều khiển động cơ, tương ứng phương pháp tạo đặc tính nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh + Phương trình đặc tính động điện viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M) tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 2.1.1 Sơ đồ nối dây + 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 tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1.2 Các thơng số Thơng số định mức: nđm(vịng/phút); ωđm(Rad/s); Mđm(N.m hay KG.m); Fđm(Wb); fđm(Hz); Pđm(KW); Uđm(V); Iđm(A); Các thông số tính theo hệ đơn vị tương đối ω* = ω / ωđm ; M* = M / Mđm ; I* = I / Iđm; Φ* = Φ / Φđm; R* = R / Rđm; Rcb = Rđm = Uđm / Iđm; ω%; M%; I%; tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1.3 Phương trình đặc tính cơ-điện đặc tính Phương trình cân điện áp mạch phần ứng U  E  (R  R f )I Trong đó: U – điện áp phần ứng động (V) E – sức điện động phần ứng động (V) R – điện trở mạch phần ứng Rf – điện trở phụ mạch phần ứng I – dòng điện phần ứng tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Sức điện động phần ứng tính theo đơn vị tốc độ: Tốc độ ω (rad/s) p.N E .  K.. 2.a Tốc độ n (vòng/phút) E  Ke .n Hệ số kết cấu động cơ: Qui đổi tốc độ động cơ: Hệ số kết cấu động (tính theo tốc độ vòng/phút): p.N K 2.a 2.n n   60 9,55 K Ke   0,105.K 9,55 tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 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 tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Từ phương trình điên áp hệ số kết cấu động → phương trình đặc tính cơ-điện U R  Rf   I K. K. Mômen điện từ động cơ: Mđt  K..I Bỏ qua tổn thất ma sát ổ trục, tổn thất cơ, tổn thất thép: Mcơ ≈ Mđt ≈ M M đt M I  K. K. Phương trình đặc tính cơ: U R  Rf U R   M  M 2 K. (K.) K. (K.) tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Phương trình đặc tính biểu diễn đặc tính dạng khác:   0   Tốc độ không tải lý tưởng Độ sụt tốc độ U 0  K. R   M (K.) tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Tốc độ tới hạn ω*th chọn tốc độ hãm ban đầu: *th  *bđ  đm / 0 Khi ta có đặc tính hãm đường Rõ ràng đặc tính có hiệu hãm thấp mơmen giảm gần tuyến tính từ tốc độ ban đầu ωbđ = ωđm ω = tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Để cho việc hãm có hiệu cao, cần tạo đặc tính đảm bảo bao diện tích lớn với trục tung đồ thị (vùng gạch sọc) Khi mơmen hãm trung bình tồn q trình hãm lớn Việc tính tốn cho thấy đặc tính dạng có tốc độ tới * hạn: th.tu  0,407 Vậy đặc tính hãm động chọn đường (1) tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Từ biểu thức mômen tới hạn hãm động ta rút biểu thức tính dịng điện xoay chiều đẳng trị I 1: I1  I1  M th.đn 20 (X  X '2 ) 3X2 2,5.110,2.104,7(11,05  0,992)  43,4(A) 3.11,05 Qua hệ số tỷ lệ A sơ đồ nối dây stato vào nguồn điện chiều hãm (ví dụ chọn sơ đồ 1), ta có: A  /  0,815 Ta xác định dòng điện chiều cần thiết: Imc  I1 / A  43,4 / 0,815  53(A) tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Giá trị điện trở mạch rôto hãm: R '2.t  *th (X  X'2 )  0,407(11,05  0,92)  4,87() Tương ứng với giá trị trước qui đổi: R t  R '2.t / k e2  4,87 /1,842  1,44() Vậy điện trở phụ cần nối vào mạch rôto R 2h  R t  r2  1,44  0,132  1,308() tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.3.5 Các đặc tính đảo chiều Giả sử động làm việc điểm A theo chiều thuận đặc tính tự nhiên thuận với tải Mc: 2.M th (1  a.s th ) M s s th   2a.s th s th s tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Để đảo chiều động cơ, đảo chiều từ trường stato (±ωo), hay đảo thứ tự pha điện áp (u1) động (thường đảo pha stato) Khi đảo chiều, dòng đảo chiều lớn nên phải cho thêm điện trở phụ vào mạch rôto để hạn chế Iđc.h = Icp Khi động làm việc chiều ngược Mth đảo dấu sth > Động quay ngược chiều tương ứng với điểm B đặc tính tự nhiên bên ngược, đặc tính nhân tạo ngược tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.4 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 2.4.1 Đặc tính Khi đóng stato động đồng vào lưới điện xoay chiều có tần số f1 khơng đổi, động làm việc với tốc độ đồng không phụ thuộc vào tải: 2.f1 0  p tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Như đặc tính động ĐĐB phạm vi mômen cho phép M =< Mmax đường thẳng song song với trục hoành, với độ cứng β = ∞ Tuy nhiên mômen vượt trị số cực đại cho phép M > Mmax tốc độ động lệch khỏi tốc độ đồng tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.4.2 Đặc tính góc động Trong nghiên cứu tính tốn hệ truyền động dùng động ĐB, người ta sử dụng đặc tính quan trọng đặc tính góc Đặc tính góc động đồng quan hệ giữa mơmen động với góc lệch vectơ điện áp pha lưới U1 vectơ sức điện động cảm ứng E dây quấn stato từ trường chiều rôto sinh ra: M = f(θ) Đặc tính xây dựng cách sử dụng đồ thị vectơ mạch stato với giả thiết bỏ qua điện trở tác dụng cuộn dây stato (r1 ≈ 0) tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN U1 - điện áp pha lưới (V) E - sức điện động pha stato (V) I - dịng điện stato (A) θ - góc lệch U1 E φ - góc lệch vectơ điện áp U1 dòng điện I Xs = Xμ + X1 - điện kháng pha stato tổng điện kháng mạch từ hóa Xμ điện kháng cuộn dây pha stato X1 (Ω) tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Từ đồ thị vectơ U1 cos  E cos(  ) Từ tam giác ABC CB U1 sin  cos(  )   CA I.Xs U1 sin  U1 cos   E I.Xs U1 sin  U1I cos   E Xs tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Công suất pha động cơ: E.U1 P3 sin  Xs Mômen động cơ: P 3E.U1 M  sin  0 0Xs Phương trình mơ men phương trình đặc tính góc động ĐB Theo ta có đặc tính góc đường cong hình sin tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Khi θ = π/2 ta có biên độ cực đại: Mm  Phương trình mơ men có dạng gọn: 3E.U1 0Xs M  Mm sin  Mô men Mm đặc trưng cho khả tải động Khi tải tăng góc lệch pha θ tăng, tăng mức θ > π/2 → mômen giảm Động đồng thường làm việc định mức trị số góc lệch = 20o ÷ 25o Hệ số tải mơmen tương ứng là:  Mm   2,5 M đm tungpk@hnue.edu.vn θ CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Những điều phân tích với động đồng cực ẩn mơmen xuất rơto có kích từ Cịn động đồng cực lồi, phân bố khe hở khơng khí khơng rôto stato nên máy xuất mômen phản kháng phụ Do đặc tính góc có biến dạng nhiều, đường nét đứt hình tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN tungpk@hnue.edu.vn ... tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ví dụ 2- 2: Cho động kích từ song song: Pđm = 25 KW; Uđm = 22 0V; nđm = 420 vg/ph; Iđm = 120 A; R* = 0,08 khởi động hai cấp điện trở phụ với... điện trở phụ mạch phần ứng (đường 2) tungpk@hnue.edu.vn CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2. 1.4 Đặc tính khởi động tính điện trở khởi động a Khởi động xây dựng đặc tính khởi động + Khởi động. .. động: Uđm 22 0   m1  2? ??1  2, 5 R.I2 0,146.98 Dòng điện khởi động cấp 1: I1  .I2  2, 5.98  24 5(A)  2Iđm Giá trị dòng khởi động thấp giá trị cho phép (Imax = (2 – 2, 5)Iđm) nghĩa số liệu tính