BÀI 5 : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
5.8 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Việc chuyển từ chế độ mỏy phỏt sang chế độ động cơ xảy ra hoàn toàn tự động, khụng cần thay đổi gỡ ở mạch nối, cụ thể là khi giảm dũng điện kớch thớch khiến cho E của mỏy phỏt hạ đến mức E < U, dũng điện trong phần ứng sẽ tự động đổi chiều, năng lượng sẽ chuyển theo chiều ngược lại và mỏy phỏt nghiễm nhiờn trở thành động cơ.
Động cơ điện một chiều được dựng rất phổ biến trong cụng nghiệp, giao thụng vận tải và núi chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liờn tục trong một phạm vi rộng (mỏy cỏn thộp, mỏy cụng cụ lớn, đầu mỏy điện,…).
Trờn thực tế, đặc tớnh của động cơ điện kớch từ độc lập và kớch từ song song hầu như giống nhau, nhưng khi cần cụng suất lớn người ta thường dựng kớch từ độc lập để điều chỉnh dũng điện kớch thớch được thuận lợi và kinh tế hơn, mặc dự loại động cơ này đũi hỏi phải cú thờm nguồn điện phụ bờn ngoài.
Cũng như mỏy phỏt, động cơ điện một chiều được phõn loại theo cỏch kớch từ, thành cỏc động cơ kớch từ độc lập, kớch từ song song, kớch từ nối tiếp và kớch từ hỗn hợp. Sơ đồ nối dõy cũng tương tự ở trường hợp mỏy phỏt.
Cần chỳ ý rằng ở động cơ kớch từ độc lập Iư = I; ở động cơ kớch từ song song và hỗn hợp I = Iư + It; ở động cơ kớch từ nối tiếp I = Iư = It.
Theo cụng thức, sức điện động của động cơ điện một chiều là: E = pN nΦ
60a
ư (5-22)
Đối với động cơ, dũng điện Iư ngược chiều với sức điện động, nờn Eư cũn gọi là sức phản điện.
Mụmen điện từ của động cơ theo cụng thức: M =đt pn I Φ
2πa ư (5-23)
5.8.1 Mở mỏy động cơ điện một chiều
Từ phương trỡnh cõn bằng điện ỏp mạch phần ứng của động cơ:
U = Eư + IưRư (5-24) Ta cú: I = U - E R ư ư ư (5-25)
Khi mở mỏy, tốc độ n = 0, sức điện động E = k n = 0ư E , dũng điện phần ứng lỳc mở mỏy: I = U R ưmở ư (5-26)
Vỡ Rư rất nhỏ, cho nờn dũng điện phần ứng lỳc mở mỏy rất lớn, cú thể gấp 5 ữ 10 lần Iđm làm hỏng cổ gúp và chổi điện. Dũng điện phần ứng lớn kộo theo dũng điện mở mỏy Imở lớn, lảm ảnh hưởng đến lưới điện.
Để mở mỏy động cơ điện một chiều được tốt:
- Mụmen mở mỏy (hay khởi động) Mk phải cú trị số cao nhất cú thể cú để hoàn thành quỏ trỡnh mở mỏy, nghĩa là đạt được tốc độ quy định trong thời gian ngắn nhất.
- Dũng điện mở mỏy (hay khởi động) Ik phải được hạn chế đến mức nhỏ nhất để trỏnh cho dõy quấn khỏi bị chỏy hoặc ảnh hưởng xấu đến đổi chiều.
Thụng thường ta ỏp dụng cỏc phương phỏp mở mỏy sau:
a. Mở mỏy nhờ biến trở.
Để trỏnh nguy hiểm cho động cơ vỡ dũng điện mở mỏy quỏ lớn, người ta dựng biến trở mở mỏy Rk, gồm một số điện trở nối tiếp khỏc nhau và đặt trờn mạch phần ứng (hỡnh 5-14a). Biến trở mở mỏy được tớnh sao cho dũng điện mở mỏy Ik = (1,4 ữ 1,7)Iđm đối với cỏc động cơ lớn và Ik = (2 ữ 2,5)Iđm đối với cỏc động cơ nhỏ.
Hỡnh 5-14. a) Sơ đồ mở mỏy động cơ điện một chiều;
b) Cỏc quan hệ I, M và n đối với thời gian khi mở mỏy động cơ.
Trước lỳc mở mỏy, tiếp điểm T nằm tại vị trớ 0 và con chạy của biến trở ở mạch kớch thớch ở vị trớ b (Rđc = 0). Khi bắt đầu mở mỏy, gạt T về vị trớ 1. Nhờ cung đồng M, dõy quấn kớch từ được đặt dưới toàn bộ điện ỏp và từ thụng cú trị số cực đại Φ= Φmax . Nếu mụmen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mụmen cản (M > Mc ) rụto bắt đầu quay, và sức điện động sẽ tăng tỉ lệ bởi tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lờn của E, dũng điện phần ứng Iư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn (hỡnh 5-14b). Khi Iư giảm đến trị số (1,1 ữ 1,3)Iđm ta gạt T đến vị trớ 2. Vỡ một bậc điện trở bị loại trừ, Iư lập tức tăng đến giới hạn trờn của nú kộo theo M, n và E tăng. Sau đú I, M lại giảm theo quy luật trờn. Lần lượt chuyển T đến cỏc vị trớ 3, 4, 5. Quỏ trỡnh trờn cứ lặp lại cho đến khi mỏy đạt đến tốc độ n ≈ nđm thỡ Rk cũng được loại trừ hoàn toàn và động cơ làm việc với toàn bộ điện ỏp. Sự biến thiờn của I, M và n trong quỏ trỡnh mở mỏy trỡnh bày trờn hỡnh 5-14 cho thấy mỗi khi loại một bậc điện trở, I và M tăng với hằng số thời gian Tư ≈ 0 vỡ hệ số tự cảm của phần ứng rất bộ. Trỏi lại sự giảm dần của I và M xảy ra chậm chạp, vỡ phụ thuộc vào sự tăng sức điện động E hay là tốc độ n, nghĩa là phụ thuộc vào hằng số thời gian Tcơ rất lớn của cả khối quay. Số bậc của điện trở mở mỏy và điện trở của mỗi bậc được
thiết kế sao cho dũng điện mở mỏy cực đại và cực tiểu ở mỗi bậc đều như nhau để đảm bảo cho quỏ trỡnh mở mỏy được tốt nhất.
b. Mở mỏy bằng điện ỏp thấp (U < Uđm).
Phương phỏp này đũi hỏi phải dựng một nguồn điện độc lập cú thể điều chỉnh điện ỏp được để cung cấp cho phần ứng của động cơ, trong khi đú mạch kớch thớch phải được đặt dưới điện ỏp U = Uđm của một nguồn khỏc.
Hỡnh 5-15. Mở mỏy bằng phương phỏp giảm điện ỏp.
Đõy là phương phỏp thường dựng hơn cả trong việc mở mỏy cỏc động cơ điện cụng suất lớn để ngoài ra cũn kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi điện ỏp.
5.8.2 Điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều
Từ phương trỡnh (5-24) rỳt ra: Eư = U - IưRư (5-27) Thay trị số E = k nư E , ta cú phương trỡnh tốc độ: E U - I R n = k ư ư (5-28)
Việc điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều cú thể thực hiện được bằng cỏch thay cỏc đại lượng Ф, Rư và U.
Phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cỏch thay đổi Φ được ỏp dụng
tương đối phổ biến, cú thể thay đổi tốc độ được liờn tục và kinh tế. Trong quỏ trỡnh điều chỉnh hiệu suất η ≈ Cte vỡ sự điều chỉnh dựa trờn việc tỏc dụng lờn mạch kớch thớch cú cụng suất rất nhỏ so với cụng suất động cơ. Cần chỳ ý rằng, bỡnh thường
động cơ làm việc ở chế độ định mức với kớch thước tối đa (Φ = Φmax ) nờn chỉ cú điều chỉnh theo chiều giảm Φ, tức là điều chỉnh tốc độ trong vựng trờn tốc độ định mức và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi cỏc điều kiện cơ khớ và đổi chiều của mỏy.
Phương phỏp điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thờm điện trở phụ vào mạch phần
ứng để tăng Rư chỉ cho phộp điều chỉnh tốc độ quay trong vựng dưới tốc độ quay định mức và luụn kốm theo tổn hao năng lượng trờn điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vỡ vậy phương phỏp này chỉ ỏp dụng ở động cơ điện cú cụng suất nhỏ và trờn thực tế thường dựng ở động cơ điện trong cần trục.
Phương phỏp điều chỉnh tốc độ quay bằng cỏch thay đổi điện ỏp cũng chỉ
cho phộp điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vỡ khụng thể nõng cao điện ỏp hơn điện ỏp định mức của động cơ điện. Phương phỏp này khụng gõy thờm tổn hao trong động cơ điện, nhưng đũi hỏi phải cú nguồn riờng cú điện ỏp điều chỉnh được.