Điều khiển động cơ điện: Chương 2 - Các trạng thái hoạt động của động cơ điện

Chia sẻ: Doanvan Thuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

1
250
lượt xem
129
download

Điều khiển động cơ điện: Chương 2 - Các trạng thái hoạt động của động cơ điện

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Điều khiển động cơ điện: Chương 2 - Các trạng thái hoạt động của động cơ điện nhằm giúp bạn nắm bắt khái niệm chung về động cơ điện, động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song), động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, động cơ điện không đồng bộ, các đặc tính công tác của động cơ đồng bộ.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Điều khiển động cơ điện: Chương 2 - Các trạng thái hoạt động của động cơ điện

  1. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) Chương 2 CÁC TR NG THÁI HO T NG C A NG CƠ I N 2.1 Khái ni m chung 2.2 ng cơ i n m t chi u kích t c l p (song song) 2.3 ng cơ i n m t chi u kích t n i ti p 2.4 ng cơ i n không ng b 2.5 Các c tính công tác c a ng cơ ng b 2.1 Khái ni m chung - TC c a máy s n xu t (t i) Mc(ω) : bi t trư c - TC c a ng cơ i n M(ω): T nhiên/ nhân t o - H ơn v tương i. 2.2 ng cơ i n m t chi u kích t c l p (kích t song song) 2.2.1 Sơ n i dây c a ng cơ m t chi u kích t c l p và kích t song song a) b) Hình 2.1 2.2.2 Phương trình c tính cơ ( TC) a) Các phương trình chính - Phương trình cân b ng i n áp ph n ng và m ch kích t : di Laplace u u = e + R ut .i u + L ut . u  U u = E u + R ut (1 + Tu .p).Iu → dt di Laplace u kt = R kt .i kt + L kt . kt  U kt = R kt (1 + Tkt .p).Ikt → dt trong ó: Rut = Ru+Rfu; Lut=Lu+Lfu; Tu = Lut/Rut; Tkt = Lkt/Rkt - Theo lý thuy t máy i n: 1 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  2. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) pN Eu = kφ.ω và M = kφ.Iu trong ó k = 2π.a φ = c.Ikt - Phương trình chuy n ng: dω Laplace M − Mc = J t .  M − M c = J t .p.ω → dt - Sơ c u trúc ng cơ: Mc Uu 1 1 Iu M - 1 ω - R ut 1 + Tu .p J t .p Eu kφ k Ukt 1 1 Ikt φ c R kt 1 + Tkt .p - Trong trư ng h p m ch kích t ã xác l p: Mc Uu 1 1 Iu M - 1 ω kφ - R ut 1 + Tu .p J t .p Eu kφ -T c quay roto: U 1 + Tu .p ω = u − R ut .Iu phương trình c tính cơ- i n có xét quá kφ kφ U 1 + Tu .p ω = u − R ut .M phương trình TC có xét quá kφ ( kφ ) 2 - Tr ng thái xác l p t = ∞ hay p = 0: U u R u + R fu ω= − Iu (2-4) kφ kφ Phương trình “ c tính cơ i n” bi u th quan h ω = f(Iu) và: U u R u + R fu ω= − .M (2-6) kφ (kφ)2 Phương trình“ c tính cơ” bi u th quan h ω = f(M) 2 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  3. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) b) ư ng c tính cơ và c tính cơ i n φ ≈ const ⇒ ω = f(Iu) và ω = f(M) tuy n tính Hình 2-2 - Khi Iu = 0, M = 0: Uu ω= = ω0 “t c không t i lý tư ng” (2-7) kφ - Khi ω = 0: Uu Iu = = I nm “dòng i n ng n m ch” (2-8) R u + R fu Uu và M= .kφ = I nm .kφ = M nm “momen ng n m ch” (2-9) R u + R fu T (2-6) ta xác nh ư c c ng c tính cơ: β= dM =− (kφ) 2 (2-10) dω R u + R fu hay β= dM = (kφ)2 dω R u + R fu c) Các d ng khác c a phương trình TC - D ng 1: ω0 ω = ω0 - ∆ω (2-11) A ∆ω ω trong ó: R u + R fu ∆ω = .I u (2-12) kφ “ s tt c ” - D ng 2: M 3 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  4. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) 1 ω = ω0 − .M (2-13) β - D ng 3: M = kφ. Uu − (kφ)2 .ω hay M = M − βω (2-14) nm R u + R fu R u + R fu - D ng 4 ( ơn v tương i) * * * * U u R u + R fu * ω = − .I u (2-15) * * φ φ U* R * + R * ω = *u − u * 2 fu .M* * (2-16) φ (φ ) trong ó: ω* = ω/ω0; Uu* = Uu/U m; φ* = φ/φ m = kφ/kφ m; Iu* = Iu/I m; M* = M/M m; Ru* = Ru/R m; Rfu* = Rfu/R m; U dm v i R dm = (2-17) I dm ng v i M = Mc (xác l p) s có t c xác l p ωxl: Iu = Ic = Mc/kφ : “dòng i n t i” 2.2.3 c tính t nhiên (Rfu = 0, Uu = U m; φ = φ m) - Phương trình: U dm Ru ω= − M (2-18) kφdm (kφdm )2 U R ω = dm − u I u (2-19) kφdm kφdm -T c không t i và c ng TC t nhiên: U ωo = ®m (2-20) kφ®m (kφdm )2 β tn = (2-21) Ru 1 β* = tn (2-22) R* u - V TC t nhiên t các s li u catalog: P m [kW], n m [vòng/phút], U m [V], I m [A], η m, Ru [Ω],...: 1. i m không t i [0, ω0]. 2. i m nh m c [M m, ω m] ho c [I m, ω m]. 3. i m ng n m ch [Mnm,0] ho c [Inm, 0]. 4 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  5. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) U dm ω0 = ω kφdm ω0 1 2 U − R u I dm ωm v i kφ dm = dm ωdm P .1000 M dm = dm ωdm ho c M m = kφdm.Idm 3 U 0 I nm = ®m Im Inm I R− Mm Mnm M U M nm = kφdm . dm Ru ho c P .1000 Idm = dm , A (2-23) ηdm .U dm U R u ≈ 0,5.(1 − ηdm ) dm , Ω (2-24) I dm 2.2.4 Các c tính nhân t o T phương trình (2-6): U R + Rf − ω= − − − .M (2-6) kφ ( kφ ) 2 ⇒ Rfư, Uư, φ có th thay i. a) c tính nhân t o “bi n tr ”: (Uu = U m, φ = φ m) - Phương trình: U R + Rf − ω = ®m − − M (2-25) kφ®m ( kφ )2 ®m U ®m R − + R f − ω= − .I − (2-26) kφ®m kφ®m - T c không t i: U ω0 = ω0.tn = ®m = const (2-27) kφ®m - s tt c Mc hay Ic: R− + Rf − R + Rf − ∆ωc = .M c = − .I c ~ R f − (2-28) ( kφ ) 2 kφ®m ®m R− Rf − ∆ωc = .M c + .M c = ∆ωc.tn + ∆ωc.Rf ( kφ®m ) 2 ( kφ®m ) 2 5 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  6. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) ω0 ∆ωc.tn TN, Rfư=0 ∆ωc ∆ωc.Rf NT, Rfu - c ng TC: Mc βtn = ( kφ®m )2 ~ 1 (2-29) R − + Rf − Rf − - Dòng i n ng n m ch: U ®m 1 I nm = ~ (2-30) R − + Rf − Rf − - Momen ng n m ch: 1 M nm = kφ®m .I nm ~ (2-31) Rf − Tăng Rfư …. b) c tính nhân t o khi thay i i n áp ph n ng Uư: (Rfư = 0, φ = φ m) - Phương trình: U− R− ω= − M (2-32) kφ®m ( kφ )2 ®m U− R ω= − − .I − (2-33) kφ®m kφ®m - T c không t i: U− ω0 = ~ U− (2-34) kφ®m - s tt c Mc hay Ic: 6 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  7. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) R− R− ∆ωc = .M c = .I c = ∆ωc.tn = const (2-35) ( kφ®m ) 2 kφ®m - c ng TC: β= ( kφ®m )2= βtn = const (2-36) R− - Dòng i n ng n m ch: U I nm = − ~ U − (2-37) R− - Momen ng n m ch: U− M nm = kφ®m .I nm = kφ®m ~ U− (2-38) R− ⇒ Khi gi m Uư < U m … 7 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  8. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) b) c tính nhân t o khi thay i t thông φ: (Rfư = 0, Uư = U m) - Phương trình: U R− ω = ®m − M (2-39) kφ ( kφ ) 2 U ®m R − ω= − .I (2-40) kφ kφ − - T c không t i: U 1 ω0 = ®m ~ (2-41) kφ φ - s tt c Mc hay Ic: R− 1 ∆ωc = .M c ~ (2-42) ( kφ ) 2 φ2 - c ng TC: β= ( kφ ) 2 ~ φ2 (2-34) R− - Dòng i n ng n m ch: U I nm = ®m = I nm.tn = const (2-30) R− - Momen ng n m ch: M nm = kφ.Inm ~ φ (2-31) ⇒ Khi gi m φ < φ m … φ2 < φ1 < φ m φ2 < φ1 < φ m Chú ý: Vì không th tăng ikt trên giá tr nh m c, nên ch có th t o φ < φ m. Do ó, các c tính cơ i n nhân t o u có v trí cao hơn c tính t nhiên; tương t , trong vùng ph t i Mc cho phép t c trên các c tính nhân t o l n hơn t c trên c tính cơ t nhiên. 8 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  9. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) * Ví d 1: D ng c tính cơ t nhiên và nh n xét v d ng c tính c a ng cơ i n m t chi u kích t song song. S li u cho trư c: ng cơ lo i làm vi c dài h n, c p i n áp 220V, công su t nh m c 6,6kW; t c nh m c 2200 vòng/phút; dòng i n nh m c 35A; i n tr m ch ph n ng g m i n tr cu n dây ph n ng và c c t ph : 0,26Ω. Gi i: + D ng c tính cơ t nhiên d a vào 2 trong 3 i m: 1. i m không t i [0, ω0]. 2. i m nh m c [M m, ω m]; ho c [I m, ω m] cho c tính cơ i n t nhiên. 3. i m ng n m ch [Mnm,0]; ho c [Inm, 0] cho c tính cơ i n t nhiên. T c nh m c: n 2200 ω ωdm = dm = = 230,3 [rad/s] ω0 1 9,55 9,55 ωm 2 Momen nh m c: Pdm .1000 6,6.1000 M dm = = = 28,6 [Nm] ωdm 230,3 Như v y ta ã xác nh ư c i m nh m c [28,6 ; 230,3]. 3 T thông ng cơ: 0 U dm − I dm .R u 220 − 35.0,26 Im Inm I kφ dm = = = 0,91 [Wb] Mm Mnm M ωdm 230,3 T c không t i lý tư ng: U dm 220 ω0 = = = 241,7 [rad/s] kφ dm 0,91 Như v y ta ã xác nh ư c i m không t i [0 ; 241,7]. Dòng i n ng n m ch: U dm 220 I nm = = = 846 [A] Ru 0,26 Mômen ng n m ch: M nm = kφ dm .I nm = 0,91.846 = 770 [Nm] Như v y ta xác nh ư c i m ng n m ch [770 ; 0]. T 2 i m trong 3 i m: i m không t i và i m nh m c ho c i m ng n m ch ta có th d ng ư c c tính cơ như hình bên. + ánh giá ư ng c tính cơ: - s t t c khi có t i nh m c (so v i t c không t i lí tư ng): ∆ωc = ω0 - ω m = 241,7 – 230,3 = 11,4 [rad/s] ∆ωc 11,4 ∆ωc % = 100% = .100% = 4,7% (< 5%) ω0 241,7 - c ng c tính cơ t nhiên: β= (kφdm )2 = 0,912 = 3,18 [Nm.s] Ru 0,26 9 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  10. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) Bài t p 2.1: D ng c tính cơ t nhiên và nh n xét v d ng c tính c a ng cơ i n m t chi u kích t song song. S li u cho trư c: ng cơ lo i làm vi c dài h n, c p i n áp 220V, công su t nh m c 4,4kW; t c nh m c 1500 vòng/phút; hi u su t nh m c 0,85. áp án. 2.2.5 Các tr ng thái hãm c a ng cơ m t chi u kích t cl p - Tr ng thái ng cơ: là tr ng thái mà mômen ng cơ sinh ra h tr vi c quay. Hay chi u c a momen ng cơ cùng chi u v i chi u c a t c quay. + M (Iư) và ω cùng chi u => Pcơ = M.ω = Mc.ω > 0 + ng cơ làm vi c các góc ¼ th I (ω>0; M và I > 0) và góc ¼ th III (ω0, I0, U0, U>0, U>E U E U E II P = M.ω0 I P = U.I0 II I III IV M, I I Ch ng cơ Ch máy phát I M
  11. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) Uu R u ω= + . | Iu | phương trình c tính cơ i n kφ kφ U R ω = u + u .| M | phương trình c tính cơ kφ (kφ)2 Hãm tái sinh x y ra khi h t i c n tr c, máy nâng h có t i tr ng n ng, ho c khi i u ch nh i n áp ph n ng gi m t ng t làm ω0 < ω và ω chưa k p gi m. 2 1 1 ω ω0 2 Mh Mc b) Hãm ngư c: Hãm ngư c x y ra khi ng cơ (dư i tác ng c a th năng ho c ng năng tích lu trong cơ c u công tác) quay ngư c chi u t c không t i lí tư ng. Có hai trư ng h p x y ra hãm ngư c: + Thêm Rfư l n vào m ch ph n ng ng cơ: 11 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  12. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) Ch ng cơ Ch hãm ngư c P Pcơ P Pcơ U.I C M.ω U.I C M.ω ∆P ∆P +∆PRfu K K I I Ru Rfu Ru Rfu U E U E I IV U u R u + R fu ω= − .M , kφ (kφ)2 R u + R fu Uu trong ó ∆ω = .M > ω0 = , do ó ω
  13. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) Ch ng cơ Ch hãm ngư c P Pcơ P Pcơ U.I C M.ω U.I C M.ω ∆P ∆P +∆PRfu K K I I Ru Rfu Ru Rfu U E U E I IV | U u | R u + R fu ω=− + . | M | , M ω0 = , do ó ω >0. (kφ)2 kφ Chú ý: tr ng thái hãm ngư c, i n áp ngu n cùng chi u v i s E, nên dòng i n Iư có th r t l n. h n ch Iu ngư i ta thư ng n i thêm i n tr ph Rh khá l n vào m ch ph n ng. c) Hãm ng năng: Hãm ng năng x y ra khi t c không t i ω0 = 0. Ru + Rh R +R ω=− .I u = − u 2 h .M ch n Rh sao cho Ih ≤ Icp = (2÷2,5)I m kφ (kφ) 13 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  14. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) | β |= (kφ)2 Ru + Rh Ti p ví d 1: Xác nh tr s i n tr hãm u vào m ch ph n ng hãm ng năng ng cơ i n m t chi u kích t song song v i yêu c u mômen hãm l n nh t Mhmax = 2M m. Trư c khi hãm ng cơ làm vi c i m nh m c, s d ng sơ hãm kích t c l p. Gi i: Ta s d ng sơ hãm ng năng kích t c l p, trong ó m b o φ = φ m. i m làm vi c trư c khi hãm là i m nh m c, ta có: Ic = Iư = I m = 35A, tương ng v i momen nh m c M m; ωa = ω m = 230,3 [rad/s] ωa S c a ng cơ trư c khi hãm: Ea = U m – Iư.Rư = 220 – 35.0,26 = 210,9 [V] momen (dòng i n) hãm l n nh t s t i th i i m ban u c a quá trình hãm, ngay khi chuy n i m ch i n làm vi c sang m ch hãm ng năng. Ihmax = Ihb hay Mhmax = Mhb Mhmax Mc = M m Ihmax Vì φ = φ m = const nên m b o Mhmax = 2 M m thì Ihb = 2I m = 2.35 = 70 [A] kφ.ω kφωa E 210,9 i n tr t ng m ch ph n ng: R ut = = = a = = 3,01Ω Iu I hbd I hbd 70 V y i n tr hãm u vào m ch ph n ng là: Rh = Rut – Ru = 3,01 – 0,26 = 2,75 [Ω] 2.3 ng cơ i n m t chi u kích t n i ti p 2.3.1 Phương trình và d ng c tính cơ c a ng cơ m t chi u kích t n i ti p U = E + (Ru+ Rf).I Ru = ru + rcf + rct + rkích t E= kφω M = kφ.I Uu R u + Rf ω= − .I kφ kφ U R +R ω = u − u 2 f .M kφ (kφ) φ ≈ c.Ikt = c.I Uu R u + R f A ω= − .I = 1 − B k.c.I k.c.I I “phương trình c tính cơ - i n” 14 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  15. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) Uu R + Rf A ω= − u = 2 −B k.c .M k.c M “phương trình c tính cơ” trong ó U Ru + Rf A1 = B= k.c k.c A 2 = A1. k.c 2.3.2 c tính v n năng c a ng cơ m t chi u kích t n i ti p ω* = ω/ω m TT I* M* ω* I = I*.I m M = M*.M m ω = ω*.ω m 1 I*1 2 I*2 3... I*3 15 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  16. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) 2.3.3 Các c tính nhân t o c a ng cơ m t chi u kích t n i ti p “ c tính nhân t o bi n tr ” ư c xác nh d a trên c tính t nhiên (Rf = 0): L y m t giá tr I1 nào ó, dóng lên c tính này ta có t c tương ng ω1. Có th bi u th ω1 theo công th c: U − I1 .R u ω1 = kφ1 Trên c tính cơ nhân t o i n tr ph Rf, t c ng cơ dòng i n I1 là: U − I1.(R u + R f ) ωnt1 = kφ1 Chia 2 t ng v công th c trên ta có ư c: U − I1 ( R u + R f ) ωnt1 = ω1 . U − I1R u Như v y v i I1 ã ch n và ω1 tra ư c trên c tính cơ t nhiên, s tính ư c giá tr ωnt1 trên ư ng c tính cơ nhân t o c n tìm. Làm tương t v i các giá tr I2, I3,… ta s có ωnt2, ωnt3,… và cu i cùng ta v ư c c tính cơ nhân t o có i n tr ph Rf. 16 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  17. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) 2.3.4 Các tr ng thái hãm c a ng cơ m t chi u kích t n i ti p Do ω0 -> ∞ nên ng cơ m t chi u kích t n i ti p không có hãm tái sinh. a) Tr ng thái hãm ngư c: x y ra khi t c quay c a ng cơ ngư c chi u v i t c không t i lí tư ng (ω0 = +/- ∞). + ưa thêm i n tr ph Rf l n vào m ch ng cơ khi t i th năng. Trên o n c tính cd, có M >0 và ω
  18. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) b) Tr ng thái hãm ng năng (ω0 = 0): 2.3.5 Nh n xét v ng cơ m t chi u kích t n i ti p - V c u t o, ng cơ m t chi u kích t n i ti p có cu n kích t ch u dòng l n, nên tiêt di n to và s vòng ít. Nh ó d ch t o hơn và ít hư h ng hơn so v i ng cơ m t chi u kích t song song. - Có kh năng quá t i l n v mômen. Khi có cùng h s quá t i dòng kI thì mômen c a ng cơ kích t n i ti p l n hơn kI l n so v i mômen ng cơ kích t song song. - Mômen không ph thu c vào s t áp trên ư ng dây t i i n. - Có kh năng t i u ti t giá tr t c khi ph t i thay i gi cho công su t ng cơ g n như không i nh c tính cơ d ng hybecbol. 2.3.6 c i m, c tính cơ và các tr ng thái hãm c a ng cơ m t chi u kích t h n h p φ = φs + φn thư ng φs = (0,75÷0,85)φ m khi Mc = M m thì Iư = I m, tương ng φn = (0,25÷0,15)φ m ω0 ≈ (1,3÷1,6)ω m 18 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  19. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) 2.4 ng cơ i n không ng b 2.4.1 c tính cơ i n ω = f(I1) ho c ω = f(I2) c tính cơ và c tính cơ i n c a ng cơ không ng b , i lư ng t c ư c bi u th thông qua i lư ng “h s trư t” s: ω0 − ω 2πf s= v i ω0 = ω0 p U1 I '2 = ⇒ I2’= f(s) 2  R '2   + (X1 + X '2 ) 2  R1 +   s   trong ó X1 + X2’ = Xnm R2’= R2.Ke2; X2’= X2.Ke2; E1 Ke = - h s bi n is c i n ng c a dây qu n stato và rôto (giá tr pha), và có th E 2 nm.f xác nh g n úng: 19 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
  20. Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) U1 K e ≈ 0,95. E 2nm.f E2nm.f - s c i n ng pha roto khi h m ch và rôto ng yên. Bi u th c tính cơ i n theo quan h I1 = f(ω): 1 = 2’ + µ Vi t theo modul:      1 1  I1 = U 1  +   R µ + Xµ 2 2 2  R '2     R1 +   + X2  s  nm     U1 - Khi không t i lí tư ng, s = 0 thì I1 = Iµ = R µ + Xµ 2 2 - Khi ng n m ch s = 1, thì I1nm = Iµ + I2nm 2.4.2 c tính cơ Công su t i n t chuy n t stato sang rôto: P12 = Pcơ + ∆P trong ó P12 = M t.ω0 Pcơ = M.ω M t≈M ∆P ≈ 3.I2’2.R2’ ω0 − ω ⇒ Mω0 = Mω + 3.I2’2.R2’ hay 3.I2’2.R2’ = M(ω0 - ω) = Mω0 = Mω0.s ω0 3R '2 I '22 M= s.ω0 20 GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản