1.3..3 Các hệ thống truyền động điển hình
2.3. Mơ hình tốn học hệ máy phát động cơ
a. Cấu tạo máy điện một chiều b. Sơ đồ thay thế tương đương
Hình 2.3. Cấu tạo và sơ đồ tương đương của máy điện một chiều
Máy điện (động cơ, máy phát) một chiều có cấu tạo như trên Hình 2.3a, được chia làm hai phần chính: Phần tạo từ trường kích thích (kích từ) và phần tương tác với từ trường kích từ tạo ra mơ men quay cho động cơ (phần ứng).
Phần kích từ của động cơ điện một chiều bao gồm các cuộn dây kích từ được quấn quanh các cực từ bố trí trên phần tĩnh (stator) của động cơ. Các cuộn dây này khi được cấp một dòng điện một chiều ikt chạy qua sẽ sinh ra một từ trường tĩnh. Từ trường này được tập trung ở các khe hở quanh cực từ của động cơ. Trong sơ đồ tương đương, phần kích từ của động cơ được biểu diễn bởi một mạch RL tương ứng với điện trở và điện cảm của cuộn dây kích từ như Hình 2.3b. Phần ứng của động cơ bao gồm các cuộn dây quấn quanh lõi thép kỹ thuật của phần ứng của động cơ. Khi cuộn dây có dịng điện iu chạy qua nó sẽ tương tác với từ trường và tạo ra lực từ vng góc với hướng của từ trường và hướng của dòng điện theo quy tắc bàn tay trái. Các lực từ này sẽ tạo ra mô men làm rotor động cơ quay. Khi rotor quay sẽ tạo ra từ trường biến thiên trong khung dây phần ứng làm cảm ứng trên khung dây một sức điện động eu. Do đó sơ đồ mạch điện tương đương của phần ứng động cơ điện một chiều được thể hiện dưới dạng mạch RLE như trên Hình 2.3b.
Hình 2.4. Sơ đồ tương đương mạch phần ứng
Hệ thống truyền động điện máy phát động cơ được thể hiện bằng mạch điện thay thế như trên Hình 2.4 với phần ứng máy phát được mắc nối tiếp với phần ứng động cơ.
Theo đó phương trình cân bằng điện áp trên mạch điện thay thế của hệ máy phát động cơ được thể hiện bởi:
e − e = i R + L diu (2. 9) umf udc u u u dt R u = Rumf + Rudc (2.10) Lu = Lumf + Ludc eudc = ceω Mdc = K dc.Φdc .Iu = cMIu Trong đó: (2.11) (2. 12) (2. 13) Rumf: điện trở phần ứng máy phát; Rudc: điện trở phần ứng động cơ; Lumf: điện cảm phần ứng máy phát; Ludc: điện cảm phần ứng động cơ; Sức điện động trên mạch phần ứng động cơ tỉ lệ thuận với tốc độ làm việc của động cơ; Ce: hằng số sức điện động của động cơ; CM: hằng số mô men của động cơ
1 Ru
động cơ là sấp xỉ nhau và được gọi chung là hằng số cấu tạo của động cơ (C). Ce = CM = C. Với các hệ truyền động điện máy phát động cơ mà sức điện động máy phát được cung cấp cho nhiều động cơ mắc nối tiếp thì hằng số C được xác định theo cơng thức:
c = ce
= n. Uđmdc − Iñmdc
.Rudc
ωñmdc
(2. 14)
Với n là số động cơ được mắc nối tiếp với máy phát.
Dựa vào cấu trúc điều khiển Hình 2.1, Hàm truyền đạt của hệ máy phát động cơ được xác định theo công thức:
W (s) =Mdc (s)
= Mdc (s)
. Iu (s) (2. 15)
mfdc
Emf (s) Iu (s) Emf (s)
Từ phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng (2.9) có: E (s) − E (s) = I (s).R(1 + s L u ) (2. 16) mf dc u u Và từ (2.13) có WCM (s) = Mdc (s) = c Iu (s) (2. 17)
Thay vào (2.15) thu được hàm truyền đạt trên mạch phần ứng của máy phát, động cơ:
W (s) =Mdc (s)
= c . (2. 18)
Emf (s) M 1 +Ru s
u