CHƯƠNG 3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
3.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
3.2.2. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu có điều khiển. Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk. Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không. Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế trên hình 3.2
§ Uđk
BB§
Lk
a/
Rb Ru
Eb(Uđk) U
b/
CKT§ E
+
-
I
Hình 3.2 Sơ đồ khối a; và mạch điện thay thế b ở chế độ xác lập b) Phương trình đặc tính cơ
ở chế độ xác lập có thể viết phương trình đặc tính của hệ thống như sau:
Eb - E = I(Rb + Ru)
=
đm
đm - Φ
Φ K
R R K
Eb b u
I (3- 5)
= o (Uđk) - β M
Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào điện áp điều khiển Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để. Từ (3- 5) ta vẽ được họ đặc tính trên hình 3.3.
Mnm min 0
M, I M®m
ωmin
ωmax
ω
ω0min
ω0max
A B
U®k2 U®k1
C
Hình 3.3. Xác định phạm vi điều chỉnh c. Các chỉ tiêu cơ bản khi điều chỉnh
Ta quan tâm 3 chỉ tiêu chủ yếu: dải điều chỉnh D, sai số tĩnh tốc độ s và hiệu suất.
* Dải điều chỉnh tốc độ.
Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản (đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng ở giá trị định mức). Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ
và mô men khởi động. Khi mô men tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
max = omax - β
m
M®
(3- 6)
min = omin - β
m
M®
Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mô men ngắn mạch là:
Mnm min = Mc max = KMMđm
Trong đó KM là hệ số qúa tải về mô men. Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:
min = (Mnmmin M®m) 1 =M®m (KM -1)
β β
-
D =
( ) K 1
1
= M 1 M
K
M
M m
® max 0
m
® M
m
® max 0
- β - ω
β -
β ω -
(3- 7)
Với cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị Mđm, KM, omax là xác định, vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng . Khi diều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng khoảng 2 lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ được
omax ./Mđm 10
Vì thế với tải có đặc tính mô men không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũng không vượt quá 10. Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì sử dụng hệ thống hở trên là không thoả mãn được.
* Sai số tốc độ.
Trong phạm vi tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng của các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh như nhau, do đó độ sụt tốc độ tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh. Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính thấp nhất là:
s =
min 0 min
0
min min
0
s = M m scp
≤ ω
β 0min
(3- 8)
Với các giá trị Mđm, scp, omim là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép. Để làm việc này, trong đa số các trường hợp cần phải xây dựng hệ thống kín.
* Hiệu suất.
Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ không đổi, do đó mô men tải cho phép của hệ sẽ là không đổi:
Mc.cp = KđmIđm = Mđm.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mô men nằm trong hình chữ nhật bao bởi các đường = đm , M = Mđm và các trục toạ độ, trên hình 3.4. Tổn hao năng lượng chính là tổn hao trong mạch phần ứng, nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ.
Eb = E + I(Rb+Ru) IEb= IE+ I2(Rb+Ru)
M M®m
ω®m
ω
1 ω
X=1 X=0
η-
1
Hình 3.4.Quan hệ giữa hiệu suất truyền động và tốc độ với các loại tải khác nhau Nếu đặt Rb+ Ru = R thì hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ là:
=
2
2
ω Φ ω K đm
R MR I IE
IE
;
= * ** * R ω M
ω
Khi làm việc ở chế độ xác lập mô men động cơ sinh ra đúng bằng mô men tải trên trục M*= Mc* và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là Mc* = (*)x thì:
=
1
* * x
*
*
ω ω R
ω (3- 9)
Từ (3- 9) xây dựng đồ thị quan hệ hiệu suất truyền động và tốc độ với các loại tải khác nhau, trên hình 3.4.
Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng động cơ là thích hợp khi mô men tải là hằng số trong toàn dải điêù chỉnh. Ta thấy không nên nối thêm điện trở vào mạch phần ứng vì như vậy sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ.