Giả thiết, U= Uđm = conts; Rư = const; M = Mđm= const.
Hình 3. 4 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng thay đổi từ thông
Lúc khởi động người ta điều chỉnh cho dòng điện kích từ là lớn nhất để tạo ra từ thông Φmax=Φđm , khi tiến hành điều tốc bằng thay đổi từ thông phải đưa thêm điện trở vào mạch kích từ. Từ hình 3. 4 ta thấy sự có mặt của điện trở trong mạch kích từ sẽ tạo ra từ thông Φ < Φđm , và phương trình đặc tính cơ nhân tạo là:
( ) dm 0 2 . . u dm nt nt U R M K K ω = − × =ω − ∆ω Φ Φ (3.3) So sánh (3.3) với (3.1) ta có:
- Tốc độ không tải lý tưởng: 0nt 0tn ω >ω
- Độ sụt tốc: nt tn
ω ω
∆ > ∆ .
Như vậy họ đặc tính cơ nhân tạo là những đường thẳng nằm trên và dốc hơn đặc tính cơ tự nhiên. Dạng đặc tính cơ nhân tạo như hình 3 – 5.
Hình 3. 5 Họ đặc tính cơ nhân tạo và đặc tính mô men tải cho phép của động cơ một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh từ thông
Mô men tải cho phép của động cơ là Mtcp = KФIđm ; Từ phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng:
1dm dm dm u u U U E I R E K ω K ω ω = + ≈ ≈ Φ → Φ ≈ ≡
Ta được mô men tải cho phép của động cơ khi điều chỉnh từ thông:
. dm dm t cp U I M ω =
hoặc công suất tải cho phép:
. . ons
t cp t cp dm dm
P =M ω=U I =c t
.
Như vậy phương pháp thay đổi từ thông có mô men tải cho phép của động cơ giảm khi tốc độ tăng còn công suất cho phép thì không đổi (hình 3. 5 b)
Tốc độ không tải lý tưởng nhân tạo bị hạn chế bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch trên của động cơ nên thông thường ω0maxx = (1,5÷2,5)ωđm . Do đó dải điều chỉnh tốc độ D ≤ 2; sai số tốc độ cũng thấp do độ cứng của các đặc tính cơ nhân tạo giảm tỉ lệ với bình phương của từ thông; biến trở điều chỉnh đặt ở mạch kích từ có công suất nhỏ nên dễ dàng điều chỉnh vô cấp và tổn hao cũng nhỏ.
3.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi thông số nguồn điện cung cấp.
Thông số nguồn điện cung cấp cho động cơ chủ yếu là điện áp. Để tạo ra điện áp một chiều U, người ta sử dụng các bộ nguồn “Thiết bị biến đổi điều khiển” làm chức năng biến đổi điện năng xoay chiều thành một chiều và điều chỉnh sđđ Eb của nó theo tín hiệu điều khiển Uđk. ở đây có thể là bộ chỉnh lưu có điều khiển có sđđ Eb thay đổi theo điện áp điều khiển đưa vào mạch tạo xung mở van (Uđk)…
a,
b,
Hình 3. 6 Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng điện áp phần ứng a, Sơ đồ nguyên lý; b, Sơ đồ thay thế
Áp dụng định luật Kiếc khốp 2 cho mạch điện hình 3. 6 b có: Eb – E = Iư (Rư + Rb).
Trong đó: Eb – sđđ của bộ biến đổi, phụ thuộc điện áp điều khiển Eb = f(Uđk); E = KФđmω – sđđ của động cơ;
Rb – điện trở trong của bộ biến đổi, thường có giá trị đáng kể, hoặc xấp xỉ với điện trở phần ứng động cơ (Rb ≈ Rư). Từ đó ta được phương trình đặc tính cơ nhân tạo của động cơ: ( )2 0 b u b nt nt dm dm E R R M K K ω = − + =ω − ∆ω Φ Φ (3.4) Khi thay đổi điện áp điều khiển Uđk của bộ biến đổi, sđđ Eb thay đổi, dẫn đến sự thay đổi của tốc độ không tải lý tưởng ω0, còn độ sụt tốc ∆ω không đổi. Kết quả ta được họ đặc tính cơ nhân tạo là những đường thẳng song song trên hình 3. 7.
Hình 3. 7 Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ một chiều khi điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng
Điều tốc bằng thay đổi điện áp có khả năng điều chỉnh triệt để, nghĩa là thay đổi được cả tốc độ không tải lý tưởng (khi M = 0); độ cứng các đặc tính nhân tạo được giữ
không đổi và không bị giảm khi điều chỉnh sâu; dải điều chỉnh tương đối rộng D = 5÷ 12; có thể điều chỉnh vô cấp và tổn hao năng lượng nhỏ.
Mô men tải cho phép của động cơ Mt.cp = KФđmIđm = Mđm = const → Phương pháp này thích hợp cho tải loại cần trục.
Do có các chỉ tiêu chất lượng cao nên đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong thực tế.
3.2.3 Các hệ truyền động điều chỉnh thông dụng