Chương 2: Lý thuyết đặc tính cơ của động cơ điện

Chia sẻ: Hoàng Ngọc Sơn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

105
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khi đặt 2 ĐTC của động cơ M và của máy sản xuất M lên cùng một tạo độ ta có thể xác định được trạng thái hoạt động của độn cơ hoặc của hệ: trạng thái xác lập trạng thái quá độ trạng thái động cơ trạng thái hảm

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 2: Lý thuyết đặc tính cơ của động cơ điện

Chương 2 Đ C TÍNH CƠ C A Đ NG CƠ ĐI N 2.1 Khái ni m chung 2.2 ĐTC c a đ ng cơ đi n m t chi u kích t đ c l p (song song) 2.3 ĐTC c a đ ng cơ đi n m t chi u kích t n i ti p 2.4 ĐTC c a đ ng cơ đi n không đ ng b 2.5 Các đ c tính công tác c a đ ng cơ đ ng b 2.1 Khái ni m chung • Khi đ t 2 ĐTC c a đ ng cơ M(ω) và c a máy s n xu t Mc(ω) lên cùng m t t a đ ta có th xác đ nh đư c tr ng thái ho t đ ng c a đ ng cơ ho c c a h : + Tr ng thái xác l p. + Tr ng thái quá đ . + Tr ng thái đ ng cơ. + Tr ng thái hãm 1
2.1 Khái ni m chung • Đơn v tương đ i: - Đ i lư ng cơ b n thư ng đư c ch n: Uđm, Iđm, ωđm ho c ω0, Mđm, φđm, Rcb,... - Đ i lư ng tương đ i dùng ký hi u "*", ví d : U I M U* = I* = M* = U dm Idm M dm ω ω R ω* = ω* = R* = ωdm ω0 R cb Câu h i • M i máy s n xu t có bao nhiêu ĐTC t i, có th thay đ i đư c không? • M i đ ng cơ có bao nhiêu ĐTC t nhiên, bao nhiêu ĐTC nhân t o? • Khi đ ng cơ kéo t i, s đi m làm vi c n đ nh là bao nhiêu? • V y làm th nào có th đi u khi n/thay đ i tr ng thái c a h trong m t ph ng [M,ω]? 2
2.2 ĐTC c a đ ng cơ đi n m t chi u kích t đ c l p (kích t song song) 2.2.1 Sơ đ n i dây c a đ ng cơ m t chi u kích t đ c l p và kích t song song 2.2 ĐTC c a đ ng cơ đi n m t chi u kích t đ c l p (kích t song song) 2.2.1 Sơ đ n i dây c a đ ng cơ m t chi u kích t đ c l p và kích t song song 3
2.2.2 Phương trình đ c tính cơ (ĐTC) a) Xây dựng phương trình ĐTC - Phương trình cân bằng điện áp phần ứng và mạch kích từ: di Laplace u− = e− + R−t .i− + L−t . −  U− = E− + R−t (1 + T− .p).I − → dt di Laplace u kt = R kt .i kt + L kt . kt  U kt = R kt (1 + Tkt .p).I kt → dt trong đó: Rưt = Rư+Rfư; Lưt=Lư+Lfư; Tư = Lưt/Rưt; Tkt = Lkt/Rkt a) Xây d ng phương trình ĐTC - Theo lý thuyết máy điện: Eư = kφ.ω và M = kφ.Iư φ = c.Ikt pN k= trong đó 2π.a - Phương trình chuyển động: dω Laplace M − Mc = J t .  M − M c = J t .p.ω → dt 4
b) C u trúc c a đ ng cơ b) C u trúc c a đ ng cơ Khi m ch t đã xác l p kφ=const: 5
c) Phương trình ĐTC 1 + T− .p U− ω= − R −t .I − kφ kφ phương trình đặc tính cơ-điện có xét quá độ 1 + T− .p U− ω= − R −t .M kφ ( kφ ) 2 phương trình ĐTC có xét quá độ c) Phương trình ĐTC - Tr ng thái xác l p t = ∞ hay p = 0: U − R − + Rf − Phương trình “đặc tính cơ ω= − I− điện” biểu thị quan hệ kφ kφ ω = f(Iu) U − R − + Rf − Phương trình“đặc tính ω= − .M cơ” biểu thị quan hệ kφ ( kφ ) 2 ω = f(M) 6
d) Đư ng đ c tính cơ và đư ng đ c tính cơ đi n φ ≈ const ⇒ ω = f(Iu) và ω = f(M) tuyến tính Iu d) Đư ng đ c tính cơ và đư ng đ c tính cơ đi n Iu - Khi Iư = 0, M = 0: U− ω= = ω0 “tốc độ không tải lý tưởng” kφ U− - Khi ω = 0: Iu = = I nm R − + Rf − “dòng điện ngắn mạch” 7
d) Đư ng đ c tính cơ và đư ng đ c tính cơ đi n và: “momen ngắn mạch” U− M= .kφ = I nm .kφ = M nm R− + Rf − hay "momen khởi động" - Độ cứng đặc tính cơ: ( kφ ) 2 ( kφ) 2 dM dM β= =− β= = hay dω R − + R f − dω R − + Rf − e) Các d ng khác c a phương trình ĐTC ω0 ω = ω0 - ∆ω ∆ω A - Dạng 1: ω trong đó: R− + Rf − ∆ω = :“độ sụt tốc độ” .I − kφ M 1 - Dạng 2: ω = ω0 − .M β ( kφ) .ω 2 U− M = kφ. − - Dạng 3: R− + Rf − R − + Rf − M = M nm − βω hay 8
e) Các d ng khác c a phương trình ĐTC - Dạng 4 (ở đơn vị tương đối): U* R* + R * − * * * * U − R − + Rf − * * f .M * − −− ω= ω= − () .I − * 2 φ φ* * * φ φ trong đó: ω* = ω/ ω0; Uư* = Uư/Uđm; φ* = φ/φđm = kφ/kφđm; Iư* = Iư/Iđm; M* = M/Mđm; U dm Rư* = Rư/Rđm; Rfư* = Rfư/Rđm; R dm = I dm Ứng với M = Mc (xác lập) sẽ có tốc độ xác lập ωxl: Iư = Ic = Mc/kφ : “dòng điện tải” 2.2.3 Đ c tính t nhiên (Rfư = 0, Uư = Uđm; φ = φđm) - Phương trình ĐTC tự nhiên: U dm R− ω= − M kφdm ( kφ )2 dm - Phương trình đặc tính cơ-điện tự nhiên: U dm R − − I− ω= kφdm kφdm - Tốc độ không tải và độ cứng ĐTC tự nhiên: ( kφdm )2 U 1 ω0.tn = dm β* = βtn = tn kφdm R* R− − 9
2.2.3 Đ c tính t nhiên • Ở đơn vị tương đối: φ = φđm ⇒φ* =1 ⇒M* =I*. ⇒ phương trình ĐTC tự nhiên ở đơn vị tương đối: ω* = 1 - Rư*.I* = 1 - Rư*.M* - V ĐTC t nhiên t các s li u catalog • Từ nhãn máy hoặc catalog ta thường biết các số liệu sau: Pđm [kW], nđm [vòng/phút], Uđm [V], Iđm [A], ηđm, Ru [Ω],... • Cần xác định 2 trong 3 điểm: 1. điểm không tải [0, ω0]. 2. điểm định mức [Mđm, ωđm] hoặc [Iđm, ωđm]. 3. điểm ngắn mạch [Mnm,0] hoặc [Inm, 0]. 10
- V ĐTC t nhiên t các s li u catalog - Điểm định mức: P [W] n [vg/ph] ω®m [s−1 ] = ®m M ®m [Nm] = ®m ωdm [s-1 ] 9,55 P®m [W] ⇒ [Mđm,ωđm] hay [Iđm,ωđm] I ®m [A] = η®m .U ®m [V] - Điểm không tải: U ®m − R − I ®m U k φ ®m = R − ≈ 0,5.(1 − η®m ) ®m , Ω ω ®m I ®m U dm ω0 = ⇒ [0,ω0] kφ dm - V ĐTC t nhiên t các s li u catalog - Điểm ngắn mạch: U ®m U M nm = kφ®m . ®m I nm = R− R− ω Bài tập: Xây dựng và ω0 1 2 ωđm vẽ ĐTC ở đơn vị tuyệt đối và tương đối của động cơ một chiều KTĐL có các số liệu catalog: Pđm=10kW, 3 0 Uđm=220, ηđm=0,87, Inm I Iđm Mnm M Mđm nđm = 2250vg/ph. Đáp án 11
2.2.4 Các đ c tính nhân t o Từ phương trình (2-6): U − R− + Rf − ⇒ Rfư, Uư, φ có thể thay đổi. ω= − .M kφ ( kφ ) 2 a) Đặc tính nhân tạo “biến trở”: (Uư = Uđm, φ = φđm) - Phương trình: U ®m R − + R f − U ®m R − + R f − ω= − ω= − .M .I − kφ®m ( kφ )2 kφ®m kφ®m ®m - Tốc độ không tải: U ®m ω0 = ω0.tn = = const kφ®m 2.2.4 Các đ c tính nhân t o - Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic: R− + Rf − R + Rf − .M c = − ∆ωc = .I c ~ R f − kφ®m ( kφ®m ) 2 R− Rf − ∆ωc = .M c + .M c = ∆ωc.tn + ∆ωc.Rf ( kφ®m ) ( kφ®m )2 2 ω0 ∆ωc.tn TN, Rfư=0 ∆ωc.Rf ∆ωc NT, Rfu Mc 12
2.2.4 Các đ c tính nhân t o ( kφ®m )2 - Độ cứng ĐTC: 1 βnt = ~ R − + Rf − Rf − - Dòng điện ngắn mạch: U ®m 1 I nm = ~ R − + Rf − R f − - Momen ngắn mạch: 1 M nm = kφ®m .I nm ~ Rf − ⇒ Tăng Rfư …. 2.2.4 Các đ c tính nhân t o b) Đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phần ứng Uư: (Rfư = 0, φ = φđm) - Phương trình: U− R U− R− − − .I − ω= ω= − M kφ®m ( kφ )2 kφ®m kφ®m ®m U− ω0 = - Tốc độ không tải: ~ U− kφ®m - Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic: R− R− ∆ωc = .M c = .I c = ∆ωc.tn = const kφ®m ( kφ®m )2 13
2.2.4 Các đ c tính nhân t o ( kφ®m )2 = β β= tn = const - Độ cứng ĐTC: R− - Dòng điện ngắn mạch: U− I nm = ~ U− R− - Momen ngắn mạch: M nm = kφ®m .I nm ~ U − ⇒ Khi giảm Uư < Uđm … 2.2.4 Các đ c tính nhân t o c) Đặc tính nhân tạo khi thay đổi từ thông φ: (Rfư = 0, Uư = Uđm ) - Phương trình: U ®m R− U R ω= − ω = ®m − − .I − M kφ ( kφ ) 2 kφ kφ U ®m 1 - Tốc độ không tải: ω0 = ~ kφ φ R− 1 ∆ωc = - Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic: .M c ~ ( kφ ) 2 φ2 ( kφ)2 - Độ cứng ĐTC: ~ φ2 β= R− 14
2.2.4 Các đ c tính nhân t o - Dòng điện ngắn mạch: U I nm = ®m = I nm.tn = const R− - Momen ngắn mạch: M nm = kφ.I nm ~ φ φ2 < φ1 < φđm ⇒ Khi giảm φ < φđm … φ2 < φ1 < φđm Câu h i 1. Trong 3 đường ĐTC nhân tạo, ĐTC NT nào có độ sụt tốc độ ∆ωc nhỏ nhất và bằng bao nhiêu? 2. Trong 3 đường ĐTC nhân tạo, ĐTC NT nào có độ cứng ĐTC β lớn nhất và bằng bao nhiêu? 3. Dựa vào các ĐTC cơ nhân tạo, hãy đưa ra các phương pháp khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập. 4. Dựa vào các ĐTC cơ nhân tạo, hãy đưa ra các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập. 5. So sánh các ĐTC nhân tạo? 15
Bài t p 2-2 Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét về dạng đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ song song. Số liệu cho trước: Động cơ loại làm việc dài hạn, cấp điện áp 220V, công suất định mức 6,6kW; tốc độ định mức 2200 vòng/phút; dòng điện định mức 35A; điện trở mạch phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26Ω. Đáp án Bài t p 2-3 Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét về dạng đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ song song. Số liệu cho trước: Động cơ loại làm việc dài hạn, cấp điện áp 220V, công suất định mức 4,4kW; tốc độ định mức 1500 vòng/phút; hiệu suất định mức 0,85. 16
2.2.5 Các tr ng thái hãm c a đ ng cơ m t chi u kích t đ c l p • Mặt phẳng trạng thái [M,ω] hệ TĐĐ (mặt phẳng bốn góc phần tư): ω I I Chế độ máy phát Chế độ động cơ M0, M>0, ω>0, E I>0, U>0, U>E U I0, U
2.2.5 Các tr ng thái hãm c a đ ng cơ m t chi u kích t đ c l p a) Hãm tái sinh (lωl > lω0l, |U|
2.2.5 Các tr ng thái hãm c a đ ng cơ m t chi u kích t đ c l p b) Hãm ngược: ω ngược dấu với ω0 Có hai trường hợp xảy ra hãm ngược: + Thêm Rfư đủ lớn vào mạch phần ứng động cơ 2.2.5 Các tr ng thái hãm c a đ ng cơ m t chi u kích t đ c l p Chế độ động cơ Chế độ hãm ngược Pcơ Pcơ Pđ Pđ Đ Đ M.ω M.ω U.I U.I C C ∆ Pđ ∆Pđ+∆PRfu K K I I Ru Rfu Ru Rfu U E U E I IV U u R u + R fu ω= − .M (kφ)2 kφ E R u + R fu Uu .M > ω0 = , do đó ω
2.2.5 Các tr ng thái hãm c a đ ng cơ m t chi u kích t đ c l p + Đảo ngược cực tính điện áp mạch phần ứng động cơ (hay đổi chiều quay tốc độ không tải lí tưởng ω0): 2.2.5 Các tr ng thái hãm c a đ ng cơ m t chi u kích t đ c l p Chế độ động cơ Chế độ hãm ngược Pcơ Pcơ Pđ Pđ Đ Đ M.ω M.ω U.I U.I C C ∆ Pđ ∆Pđ+∆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 đó ω >0. ∆ω = trong đó kφ ( kφ ) 2 20