a. Các yêu cầu khi khởi động động cơ điện:
Từ phương trình cân bằng điện áp của động cơ điện 1 chiều:
Với U = Uđm thì ban đầu khi mở máy n = 0 nên vì vậy dịng điện mở máy cĩ giá trị:
hay
Do điện trở trong của động cơ điện Rư cĩ trị số rất nhỏ (đặc biệt là các máy điện cĩ cơng suất lớn) nên cĩ thể dịng mở máy ban đầu sẽ cĩ trị số rất
lớn (cĩ thể đạt 10 20Iđm). Dịng điện đĩ sẽ đốt nĩng động cơ, làm sụt áp lưới điện, làm giảm chất lượng chuyển mạch của động cơ hoặc vì mơmen mở máy lớn cĩ thể gây các xung lực làm rung, lắc, … khơng tốt về mặt cơ học, giảm độ bền của các chi tiết máy, ảnh hưởng càng nghiêm trọng đối với động cơ thường phải khởi động và hãm. Vì vậy cần phải dùng các biện pháp nhằm làm giảm dịng khởi động nhưng vẫn bảo đảm được yêu cầu về mặt mơmen và gia tốc cho hệ truyền động.
Việc giảm dịng điện khởi động khơng được quá nhỏ, vì khi đĩ mơ men mở máy sẽ thấp khiến cĩ thể khơng khởi động được hoặc thời gian khởi động lâu,…
Để bảo đảm các yêu cầu nêu trên thì cần giới hạn dịng điện đỉnh khi khởi động cĩ giá trị trong khoảng Inm = (2 2,5)Iđm và giá trị dịng điện chuyển phải lớn hơn (10 30)% dịng điện tải.
Ngồi các yêu cầu về mơmen và thời gian khởi động cịn phải chú ý đến chất lượng quá trình khởi động phải trơn, gia tốc đều, êm để tránh gây các xung lực làm giảm độ bền cơ của hệ truyền động.
b. Các phương pháp khởi động động cơ điện:
Để thực hiện các yêu cầu khi khởi động cĩ thể áp dụng các phương pháp khởi động sau:
Khởi động trực tiếp: Chỉ áp dụng cho các động cơ cơng suất nhỏ dưới 0,5KW vì loại động cơ này cĩ điện trở trong Rư lớn hơn nhiều so với Rư của các động cơ cơng suất lớn khi cĩ cùng dịng tải. Đồng thời vì cơng suất của động cơ nhỏ nên khơng gây sụt áp lưới điện.
Khởi động bằng điện áp thấp: Áp dụng cho các hệ truyền động cĩ thể điều chỉnh được điện áp nguồn (cĩ bộ biến đổi điện áp).
Khởi động nhờ điện trở phụ (biến trở): Được áp dụng phổ biến nhất nên ở đây ta chỉ giới thiệu kỹ phương pháp này.
c. Trạng thái của động cơ khi khởi động:
Khi khởi động dùng điện trở phụ mắc vào mạch phần ứng ta cĩ dịng điện khởi động là:
(2-31)
Khi tốc độ tăng lên thì Eư cũng tăng theo nên dịng điện phần ứng sẽ giảm theo biểu thức:
Tương ứng khi đĩ mơmen quay của động cơ cũng giảm Mđt = kIư. Muốn cho quá trình tăng tốc được đều đặn và để cho động cơ làm việc ổn định trên đặc tính tự nhiên thì cần phải cắt dần điện trở phụ.
Hình 2.12: Sơ đồ mạch của động cơ khởi động qua 3 cấp điện trở
Để quá trình khởi động được trơn, tăng tốc êm và đều thì cần nhiều cấp điện trở khởi động. Tuy nhiên khi đĩ thì số lượng các khí cụ điều khiển (cơng tắc tơ, rơle) sẽ tăng lên, đồng thời quá trình khởi động sẽ bị kéo dài hơn so với trường hợp dùng ít cấp điện trở khởi động.
Hình 2.13: Trạng thái khởi động của động cơ
Quá trình khởi động động cơ sẽ làm việc trên một loạt đường đặc tính nhân tạo cĩ độ dốc giảm dần tương ứng với việc cắt dần các điện trở phụ tại các điểm g, e, c; cuối cùng động cơ tăng tốc độ trên đặc tính tự nhiên và làm việc ổn định tại điểm O. Ở đĩ dịng điện động cơ bằng dịng tải (I = Ic) hay M = Mc.
d. Tính giá trị điện trở khởi động:
Việc tính điện trở khởi động cĩ thể được tiến hành trong 2 trường hợp: - Cho trước số cấp điện trở khởi động m
- Khơng cho số cấp điện trở khởi động (thường ở dạng thiết kế hệ thống truyền động mới)
Khi tính điện trở khởi động để quá trình tăng tốc được đều và êm thì cần cĩ giá trị mơmen chuyển và mơmen đỉnh của mỗi cấp là bằng nhau và chọn bằng một số nguyên. Để khởi động được trơn thì số cấp điện trở m phải lớn (hay khoảng cách giữa giá trị mơmen chuyển và mơmen đỉnh phải khơng lớn).
Tính tốn điện trở khởi động theo yêu cầu về gia tốc của hệ truyền động:
- Khởi động bình thường: Hệ truyền động khơng địi hỏi gia tốc nhanh (thường thấy ở các hệ truyền động ít khởi động như băng chuyền, máy vận chuyển, …thường làm việc ở chế độ dài hạn). Trong trường hợp này cần chọn trước trị số dịng điện (hoặc mơmen) chuyển cĩ giá trị lớn hơn từ (10 – 30)% dịng điện hoặc mơmen cản tĩnh:
hoặc (2-33) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ đĩ tùy thuộc vào số cấp điện trở khởi động m cần cĩ để chọn giá trị dịng điện (hoặc mơmen) đỉnh phù hợp sao cho giá trị dịng điện và mơmen đỉnh của mỗi cấp điện trở khởi động phải bằng nhau và nằm trong giới hạn cho phép:
hoặc (2-34)
- Khởi động cưỡng bức: Hệ truyền động cĩ yêu cầu gia tốc nhanh (thường gặp ở các cơ cấu thường xuyên phải khởi động, dừng, đảo chiều quay như trong máy bào, cơ cấu nâng hạ hàng,…). Trong trường hợp này ta chọn trước trị số I2 (M2) sau đĩ điều chỉnh giá trị I1 (M1) cho phù hợp với số cấp m.
Để tính giá trị các cấp điện trở khởi động, cĩ thể dùng một trong hai phương pháp tính đĩ là phương pháp đồ thị và phương pháp giải tích.
Trước hết ta đưa ra quy trình tính tốn điện trở khởi động cho động cơ một chiều kích từ song song (hoặc độc lập) như sau:
* Phương pháp đồ thị:
Dùng giấy kẻ ơ li để vẽ đặc tính cơ cho chính xác theo các bước: - Dựa vào các thơng số của động cơ vẽ đặc tính cơ tự nhiên. - Chọn hai giới hạn chuyển của dịng điện khởi động động cơ: + Nếu khởi động bình thường: Chọn giới hạn dịng điện chuyển:
I1 (1,1 1,3)Ic
I2 (2 2,5)Iđm
- Điều chỉnh các giá trị I1 và I2 để cĩ được số cấp m theo yêu cầu và vẽ các đường đặc tính nhân tạo sao cho giá trị dịng điện chuyển và dịng điện đỉnh của chúng là bằng nhau.
- Xác định giá trị độ sụt tốc của mỗi đường đặc tính để từ đĩ tính giá trị điện trở khởi động tại mỗi cấp tương ứng.
Cách vẽ đồ thị đặc tính cơ: Lấy giá trị I1, I2 trên trục hồnh. Từ I1, I2 kẻ hai đường thẳng song song với trục tung cắt đường đặc tính tự nhiên tại a và b. Từ o nối với I2 (h) ta được đặc tính khởi động thứ nhất, đặc tính này cắt đường I1 tại g. Tại g ta kẻ đường song song với trục hồnh cắt đường I2 tại f. Nối o với f ta được đường đặc tính khởi động thứ hai ... Cứ như vậy tới khi từ c kẻ đường song song với trục hồnh sẽ gặp điểm b. Nếu điều kiện này khơng thỏa mãn ta phải chọn lại I1 hoặc I2 rồi vẽ lại cho tới khi nào dựng được theo số cấp khởi động yêu cầu (xem hình 2.14).
Hình 2.14: Tính điện trở khởi động bằng phương pháp đồ thị
Dựa vào biểu thức của độ sụt tốc độ trên các đặc tính đã vẽ được ứng với một dịng điện đã biết, ví dụ ta tính theo giá trị dịng I2:
; (2-35)
- Lập tỷ số: , biến đổi tỷ số và rút ra:
(2-36) - Từ đồ thị ta cĩ:
Bằng cách tương tự ta cĩ: ;
* Phương pháp giải tích:
Giả thiết động cơ được khởi động với m cấp điện trở phụ. Đặc tính khởi động dốc nhất là đặc tính khởi động thứ (m). Ví dụ trên đồ thị hình 2.15 là đặc tính thứ 3. Các đặc tính khởi động tiếp theo sẽ là (m - 1), (m - 2) ...
Điện trở phụ ở mỗi cấp ta cũng ký hiệu là RP1 , RP2 ... RPm. Và điện trở tổng ứng với mỗi đặc tính là: R1 = Rư + RP1. R2 = Rư + RP1 + RP2. ... Rm-1 = Rư + RP1 + RP2 + ... + RPm-1. Rm = Rư + RP1 + RP2 + ... + RPm-1 + RPm. Hình 2.15: Đồ thị tính điện trở khởi động Tại điểm g cĩ: Tại điểm f:
Trong đĩ Em là sức điện động của động cơ ứng với m. Lập tỷ số ta cĩ:
Tương tự đối với các cấp tiếp theo ta được:
(2-38)
là bội số dịng điện khởi động. Từ đĩ ta lần lượt rút ra:
R1 = Rư
R3 = R2 = 3Rư. ...
Rm = Rm-1 = mRư. Từ các cơng thức trên ta thấy:
- Nếu biết số cấp điện trở khởi động m và Rư, Rm ta tính được bội số dịng điện khởi động:
(2-39) Trong đĩ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu tính trong hệ đơn vị tương đối:
(2-40) Trong đĩ: (với = đm).
- Nếu biết , Rm, Rư ta xác định được số cấp điện trở khởi động m: (2-41)
Trị số từng cấp điện trở khởi động được tính như sau: RP1 = R1 - Rư = Rư - Rư = ( - 1)Rư .
RP2 = R2 - R1 = 2Rư - Rư = ( - 1)Rư . ...
RPm-1 = Rm-1 - Rm-2 = m-1Rư - m-2Rư = m-2( - 1)Rư
RPm = Rm - Rm-1 = mRư - m-1Rư = m-1( - 1)Rư
Như vậy, xác định điện trở khởi động theo phương pháp giải tích cĩ thể tiến hành trong các trường hợp sau đây:
+ Khi cho trước số cấp điện trở khởi động m và yêu cầu khởi động nhanh (khởi động cưỡng bức): Ta chọn giới hạn dịng điện khởi động I2 là cực đại cho phép I2 = 2,5Iđm và tính:
Từ biểu thức (2-39) hoặc (2-40) để tính giá trị sau đĩ dựa vào các cơng thức để tính trị số điện trở phụ các cấp khởi động tương ứng.
+ Khi cho trước số cấp khởi động m, chế độ khởi động là bình thường: Ta chọn giới hạn dịng điện chuyển khi khởi động I1 = (1,1 ÷ 1,3)Iđm sau đĩ dựa vào các cơng thức (2-39), (2-40) thay I2 = I1 hoặc I*2= I*1 = M*1 và biến đổi ta sẽ tính được trị số theo biểu thức:
+ Khi cần xác định số cấp điện trở khởi động m và các điện trở khởi động theo yêu cầu khởi động cho trước: Ta dựa vào các yêu cầu của truyền động và khởi động để chọn các giá trị I1, I2, M1, M2 cho phù hợp. Sau đĩ dựa vào biểu thức (2-39) để tính , biểu thức (2-41) để tính số cấp khởi động m. Nếu m tính được khơng phải là một số nguyên thì phải chọn lại I1,M1hoặc I2, M2 và tính lại để đạt được giá trị m là số nguyên. Từ đĩ xác định giá trị điện trở khởi động ở từng cấp.
Hình 2.16: Cách xác định giá trị điện trở khởi động động cơ một chiều kích từ nối tiếp
Quy trình tính điện trở phụ khởi động đối với động cơ một chiều kích từ nối tiếp hồn tồn tương tự như động cơ 1 chiều kích từ song song (độc lập) bằng cách tuyến tính hĩa các đường đặc tính cơ. Người ta chứng minh được các đường đặc tính cơ đĩ đều đồng quy tại một điểm (điểm X trên đồ thị hình 2.16).
Quá trình xây dựng đặc tính khởi động và tính tốn trị số điện trở khởi động của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp được tiến hành theo các bước sau: