CHƯƠNG 3.1: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Chia sẻ: Nguyen Trong Chi | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

90
lượt xem 114
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tốc độ nhỏ nhất trong dải điều chỉnh bị chặn bởi yêu cầu khắc phục mô men quá tải cho phép , đảm bảo độ chính xác điều chỉnh hoặc do ttính chất đặc thù của từng hệ Để có những tốc độ thấp ta phải giảm độ cứng cơ hoặc giảm tốc độ không tải lý tưởng ω0. ,cả hai cách đều làm giảm mô men ngắn mạch Mnm và tăng sai số tĩnh s.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 3.1: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN. § 3.1 Khái niệm chung. 1. Sai số tốc độ. Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt . Nó là giá trị tương đối của độ sụt tốc tương ứng với tải định mức so với tốc độ đặt khi không tải lý tưởng ω −ω 100% = ∆ω * s % = od ω od trong đó ωôđ : Tốc độ ứng với tải định mức : tốc độ tương ứng với tải định mức Nếu tốc độ không tải lý tưởng của hệ không xác định định được thì sai số tĩnh được xác định như sau : ω − ω2 s% = 1 100% ω1 với ω1 : Tốc độ ứng với phụ tải nhỏ nhất Mmin ω2 : tốc độ tương ứng với phụ tải M = Mmin + Mđm Nếu đặc tính cơ là một đường thẳng thì ta có Mc s% = 100% ω0 β Như vậy sai số tĩnh tốc độ phụ thuộc vào độ cứng của đặc tính cơ β , tốc đọ dặt khi không tải lý tưởng ωôđ và phụ tải trên trục động cơ Mc . sai số càng nhỏ thì độ chính xác trong điều chỉnh càng cao 2. Dải điều chỉnh tốc độ. Giải điều chỉnh tốc độ là tỉ số giữa tốc độ làm việc lớn nhất và nhỏ nhất ứng với phụ tải đã cho ω D = max ω min - Tốc độ lớn nhất ωmax thường bị giới hạn bởi độ bền cơ học của phần quay trong máy điện, trong các máy thông dụng chỉ cho phép ωmax ≤ (2 - 3) ωđm - Tốc độ nhỏ nhất trong dải điều chỉnh bị chặn bởi yêu cầu khắc phục mô men quá tải cho phép , đảm bảo độ chính xác điều chỉnh hoặc do ttính chất đặc thù của từng hệ Để có những tốc độ thấp ta phải giảm độ cứng cơ hoặc giảm tốc độ không tải lý tưởng ω0. ,cả hai cách đều làm giảm mô men ngắn mạch Mnm và tăng sai số tĩnh s Trong phương pháp giữ nguyên ω 0 và thay đổi độ cứng β với β 2 < β1 ta có Mc Mc M nm 2 = ω 0 .β 2 < M nm1 = ω 0 .β1 s2 = > s1 = ; ω 0. β 2 ω 0 .β 1 Khi giữ nguyên β và thay đổi ω 0 ta có Mc Mc M nm 2 = ω 0 .β < M nm1 = ω 0 .β s2 = > s1 = ; ω 0. β ω 0 .β 50
Như vậy khi ω min càng nhỏ thì Mnm2 càng nhỏ và s2 càng lớn . Đến một mức nào đó Mnm2 sẽ không đủ để khắc phục mô men quá tải và máy dể bị dừng đột ngột , đồng thời sai số tốc độ có thể lớn quá mức cho phép 3. Độ tinh Độ tinh điều chỉnh thể hiện mức khác nhau giữa hai cấp tốc độ thứ i và thứ i+1 . Nó được đánh giá nhờ hệ số tinh ω ϕ = i +1 > 1 ωi Hệ số tinh càng nhỏ càng tốt , vì càng dễ chọn được tốc độ tối ưu theo yêu cầu công nghệ . Trường hợp lý tưởng là ϕ → 1 , khi đó ta có điều chỉnh vô cấp . Muốn tăng độ tinh ta phải đặt phần tử điều chỉnh trong mạch công suất nhỏ như mạch kích từ của máy điện hoặc các bộ khuyếc đại... 4. Mức độ phù hợp giữa đặc tính tải cho phép của động cơ và đặc tính cơ của máy sản xuất Đặc tính tải cho phép của máy điện M c.cp = f (ω ) là quan hệ giữa mô men của máy điện đó khi dòng điện bằng định mức với tốc độ làm việc xác lập . Đôi khi khi đặc tính nayd được biểu thị theo công suất Pc.cp = f (ω ) , trong đó Pc.cp = M c.cp . Nếu tốc độ là định mức thì đương nhiên ta có M c.cp = M dm và Pc.cp = Pdm . khi điều chỉnh ω ≠ ω dm nên dù ta giữ dòng định mức không đổi nhưng mô men máy điện vẫn có thể khác giá trị định mức ( M c.cp ≠ M dm ) . Nói chung Mc,cp và Pc.cp là những hàm của tốc độ phụ thuộc phương pháp điều chỉnh. - Nếu như trên toàn dải điều chỉnh đặc tính này luôn trùng đặc tính cơ của máy sản xuất như trên hình vẽ thì khi làm việc ở bất kỳ tốc độ nào mô men cản trên trục động cơ cũng bằng mô men tải cho phép M c.cp = M dm Nếu đặc tính cơ của động cơ khác máy sản xuất như chỉ ra trên hình vẽ 51
khi đó động cơ chỉ làm việc với M c. = M dm , nghĩa là với I=Iđm ở một tốc độ ω 3 nào đó mà thôi . Trong vùng ω1 < ω < ω 2 , M c < M c.cp nên máy điện non tải , I M c.cp máy điện sẽ bị làm việc quá tải. 5. Huớng điều chỉnh Hướng điều chỉnh là chiều hướng biến đổi tốc độ so với giá trị tốc độ trên đặc tính cơ bản . Có thể điều chỉnh dưới cơ bản ( ω < ω cb ) hoặc trên cơ bản ω > ω cb . Đa số các trường hợp là điều chỉnh dưới cơ bản , nhưng cũng có hệ thống cho phép điều chỉnh theo hai phía như các hệ F-Đ , V-Đ 6. Tính kinh tế Tính kinh tế có ý nghĩa rất quan trọng. Để đánh giá tính kinh tế , ta phải xét đến năng suất của máy sản xuất do phương án truyền động đem lại , vốn đầu tư cơ bản , chi phí vận hành , độ tin cậy , tính phổ cập của thiết bị và các chỉ tiêu năng lượng khi làm việc ở tốc độ điều chỉnh Chỉ tiêu năng lượng bao gồm hiệu suất và công suất , chúng càng lớn càng tốt . nếu trong một chu kỳ hệ thồng phải làm việc với nhiều tốc độ xác lập từ ω min đến ω max thì ta đánh giá các chỉ tiêu này theo giá trị trung bình ω 1 max ∫η (ω )dω η tb = ω max − ω min ω min ω 1 max ∫ cos(ω )dω cos ϕ tb = ω max − ω min ω min §3.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều I . Khái niệm chung Về khía cạnh điều chỉnh tốc độ , động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác do có cấu trúc điều khiển đơn giản , chất lượng điều chỉnh cao , dải điều chỉnh rộng. Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh : - Điều chỉnh điện áp cho phần ứng động cơ - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ Cấu trúc mạch động lực của hệ TĐĐ động cơ một chiều bao giờ cũng cần có sự biến đổi . Trong công nghiệp thường sử dụng bốn bộ biến đổi chính - Bộ biến đổi kiểu máy điện - Bộ biến đổi điện từ - Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn - Bộ biến đổi xung áp một chiều Tương ứng với các bộ biến đổi ta có các hệ truyền động - Hệ truyền động điện máy phát - động cơ - Hệ truyền động điện máy điện khuyếc đại - động cơ - Hệ truyền động điện khuyếc đại từ - động cơ - Hệ truyền động điện chỉnh lưu thiristor - động cơ - Hệ truyền động điện xung áp- động cơ Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động , điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín và điều khiển theo mạch hở . Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp nhưng chất lượng và dải điều chỉnh tôt hơn II. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp nguồn 1. Đặc tính điều chỉnh Đối với máy điện một chiều , khi giữ cho từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên phần ứng thì dòng điện và mô men sẽ thay đổi và do đó tốc độ sẽ thay đổi . Để tránh những biến động lớn về gia tốc và lực động trong hệ TĐĐ phương pháp này thường chỉ sử dụng cho động cơ kích từ độc lập tuy nhiên có thể sử dụng cho cả động cơ kích từ nối tiếp Để điều chỉnh điện áp phần ứng ta phải sử dụng bộ nguồn điều áp , bộ biến đổi kiểu van ..Sơ đồ khối và sơ đồ thay thay thế của hệ như sau 52
I Rb Rư Ld + Uđk BBĐ Eb(Uđk) Eư Eư - Trong hệ thống bộ BĐ dùng để biến nguồn điện xoay chiều thành một chiều và sdd của nó có thể thay đổi được . Điện trở trong của nó Rb phụ thuộc vào thiết bị . Thông thường nó có giá trị xấp xỉ điện trở trong của động cơ điện . Bằng cách viết phương trình cân bằng điện áp cho động cơ ta có thể viết được phương trình đặc tính như sau E = Eb − I u ( Rb + Ru ) R + Ru E ω= b − b .I u k Φ dm k Φ dm M ω = ω0(U DK ) − β Trong đó Φ dm : từ thông định mức của động cơ ω0 : Tốc độ không tải lý tưởng β : Độ cứng đường đặc tính cơ Vì từ thông động cơ không đổi nên độ cứng của đặc tính cơ cũng không đổi tuy nhiên đặc tính cơ của hệ mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên ( do có thêm Rb ) . Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào tín hiệu Uđk của bộ biến đổi . Đối với dải điều chỉnh của hệ thống thì của hệ thống được giới hạn bởiđiện áp phần ứng định mức . Tốc độ ωmin được giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mô men cản là định mức . M ωmax = ω0 max − dm β M dm ωmin = ω0min − β Để đảm bảo khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mô men khởi động : M KD min = M cmax = K M .M dm Trong đó KM là hệ số quá tải về mô men . Do họ đặc tính cơ là đường thăng song song nên ta có thể viết 1M ωmin = ( M nm min − M dm ) = dm ( K M − 1) β β ω0 max β M dm ω0 max − −1 β M dm D= = ( K M − 1) M dm / β KM −1 Khi thay đổi các giá trị của sđđ bộ biến đổi , ta sẽ có các tốc độ không tải lý tưởng khác nhau còn độ cứng của đường đặc tính là không đổi vì vậy chúng là các đường thẳng song song nhau . 53
ω0max ωmax Uđk1 ω0min Uđk2 ωmin Uđk3 Mđm Mnmmin Với một cơ cấu máy cụ thể thì các thông số ω0max , KM , Mđm là cụ thể thì phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào β . Ta có ω0 max . β / M dm ≤10 KM −1 Như vậy mếu tải có trị số không đổi thì dải điều chỉnh không vượt quá 10 , đối với các MSX có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác khi duy trì tốc độ thì hệ thông trên không thoả mãn Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính thấp nhất là : ω − ωmin ∆ω s = 0min = ω0min ω0min M dm s= ≤ scp β ω0min Các giá trị Mđm , ω0min , scp là xác định nên có thể tính được giá trị βmin sao cho sai số không vượt quá mức cho phép 2 Các chỉ tiêu chất lượng Về mặt năng lượng đây là phương pháp điều chỉnh triệt để nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào . Đặc tính cơ mềm hơn so với đặc tính cơ tự nhiên nhưng cứng hơn so với các phương pháp khác . Phần tử điều chỉnh đặt trong mạch điều khiển của bộ biến đổi là mạch có công suất nhỏ nên thao tác điều chỉnh tốt hơn Dải điều chỉnh với tốc độ cực đại là tốc độ cơ bản còn tốc độ thấp nhất được giới hạn bởi sai số tĩnh trong điều chỉnh ( D ≈ 10 ) Về mặt hiệu suất khi làm việc trong chế độ xác lâp và coi đặc tính cơ của phụ tải là M c = (ω ) * *x thì ta có ω* ηu = * * * x −1 ω + r (ω ) II . Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ Phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ được áp dụng cho tất cả các loại động cơ một chiều . Trong vấn đề điều chỉnh thường tiến hành theo chiều giảm kích từ do máy điện khi thiết kế điểm làm việc là điểm gần bão hoà của mạch từ . Điều chỉnh từ thông kích từ là điều chỉnh mô men điện từ của động cơ M = kФIư và sức điện động của động cơ Eư=kФω . Mạch kích từ là phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến dΦ e ik = k + rb + rk dt Trong đó rk : Điện trở cuộn dây kích từ rb : Điện trở trong của bộ nguồn Wk : Số vòng dây cuộn kích từ Ở chế độ xác lập ta có mối quan hệ 54
ek ik = rb + rk Thông thường khi điều chỉnh từ thông điện áp phần ứng được giữ không đổi , đặc tíng cơ thấp nhất là đặc tính cơ tự nhiên . Tốc độ ωmax được giới hạn bởi độ bền cơ học của động cơ . Khi giảm từ thông để tăng tốc độ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp bị xấu đi , để đảm bảo điều kiện bình thường ta phải giảm Iư nên mô men động cơ sẽ giảm và độ cứng của đặc tính cơ cũng giảm (k Φ ) 2 βΦ = − Ru ω Iư + ik ωmax UđkФ rk BBĐ Eư Wk Đặc tính TN - Mđm M Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp và vùng bão hoà của đặc tính từ hoá có thể coi việc điều chỉnh tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện Cek Φ = Cik = rb + rk III . Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp kết hợp điện áp và từ thông Phần lớn các hệ TĐĐ động cơ một chiều kết hợp cả điều chỉnh điện áp và từ thông . Cấu trúc của hệ như sau : Ld ik BBĐ 2 Uđk BBĐ1 UđkФ Eư Tuỳ theo yêu cầu từng loại công nghệ , việc phối hợp giữa hai kênh điều khiển điện áp và từ thông sẽ có đặc điểm khác nhau . Có 3 loại điều chỉnh như sau 1. Điều chỉnh hai vùng kế tiếp nhau Vùng điều chỉnh điện áp :( Điện áp thay đổi từ 0 ÷ U dm ) , từ thông được giữ không đổi ở giá trị định mức , khả năng sinh mô men của động cơ là không đổi , công suất tăng tuyến tính , tốc độ tăng từ 0 ÷ ωdm Vùng điều chỉnh từ thông : (Từ thông thay đổi từ Φ dm ÷ Φ min ) Khi điều chỉnh điện áp U = Uđm tốc độ động cơ ω = ωdm ta giảm từ thông động cơ từ Φ dm ÷ Φ min . Công suất động cơ không đổi , mô men động cơ suy giảm tỉ lệ nghịch với tốc độ tức là M~1/ω . Đặc tính có dạng sau 55
Điều chỉnh Uư Điều chỉnh Ф P* = 1 U* =1 M* =1 Φ* = 1 Φ* min ω* 2. Nguyên lý điều chỉnh điện áp và từ thông , dòng điện phần ứng không đổi Trong một số hệ truyền động có tải biến thiên theo chu kỳ dễ gây nên hiện tượng quá dòng điện vì vậy người ta sử dụng nguyên lý điều chỉnh đồng thời điện áp và từ thông để giữ cho dòng phần ứng không đổi trong suốt quá trình điều chỉnh . Đặc tính điều chỉnh có dàng sau Iư = const P, U Φ, M ω* Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là không phát huy được khả năng sinh mô men của động cơ 3. Nguyên lý điều chỉnh điện áp và từ thông , sức điện động phần ứng không đổi Trong thực tế sản xuất truyền động cho cơ cấu cuộn hoặc cán phải điều chỉnh cả độ dài và lực căng . Để thực hiện yêu cầu này người ta dùng nguyên lý điều chỉnh kết hợp điện áp và từ thông . Trong đó điều khiển từ thông và điện áp sao cho sức điện động động cơ không đổi trong suốt dải điều chỉnh . Đặc tính được trình bày như sau : U* =1 E* = 1 I* =1 Φ* = 1 Φ* min ωmin ωmax IV . Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ Phương pháp này gọi là phương pháp biến trở , có thể dùng cho các động cơ một chiều kích từ độc lập , nối tiếp và hỗn hợp . -Sơ đồ nguyên lý của mạch điều chỉnh như sau : 56
_ + Uđm Rf Iư Eư Rkt I kt KT -Đặc tính cơ trong quá trình điều chỉnh như sau : ω a ω1 đttn b ω2 a’ Đ t đc h Mc -Nguyên lý điều chỉnh bằng phương pháp này được giải thích như sau : Giả sử động cơ đang làm việc xác lập trên đường đặc tính cơ tự nhiên ứng với tải là Mc và tốc độ làm việc là ω1 . Để tiến hành điều chỉnh tốc độ ta đóng thêm một điện trở R f vào mạch phần ứng . Khi đó dòng phần ứng Iư giảm đột biến , tốc độ động cơ do có quán tính nên chưa thể biến đổi kịp . Trên đường đặc tính điểm làm việc chuyển từ a đến b . Dòng điện phần ứng giảm làm cho mô men quay của động cơ giảm M < Mc nên tôc độ động cơ giảm dần . Do tốc độ giảm nên sđđ của động cơ E = k Φω giảm làm cho dòng điện phần ứng Iư lại tăng lên . Kết quả là mô men của động cơ lại tăng dần cho đến khi M = Mc thì động cơ làm việc tại điểm xác lập nhưng với tốc độ ω2 < ω1 tương ứng với điểm a’ trên đặc tính điều chỉnh -Phương trình đặc tính cơ trong quá trình điều chỉnh U Ru + R f ω= − M kΦ ( kΦ ) 2 -Dựa vào tốc độ điều chỉnh ω2 và Mc ta có thể xác định được Rf cần đưa thêm vào trong quá trình điều chỉnh ∆M M = β (ω0 − ω ) β= Ta có: ∆ω M = M c = β1 (ω0 − ω1 ) = β 2 (ω0 − ω2 ) Thay β1 ω0 − ω2 = β 2 ω0 − ω1  ω − ω2  ⇒ R f = Ru  0 − 1  ω0 − ω1  3.2.3 Hệ thống máy phát - động cơ ( F-Đ ) 1. Nguyên lý điều chỉnh Hệ thông máy phát - động cơ là một trong các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng . Ta có sơ đồ nguyên lý như sau 57
~ Iư F Đ CKF K E Ef ω ωđs= ωf FK Rưf ĐS Rưđ BTFK ikf CKF CK Đ BTF N T BTĐ T N Trong sơ đồ động cơ Đ là đối tượng cần điều chỉnh tốc độ gọi là động cơ chấp hành .Bộ biến đổi BĐ bao gồm động cơ sơ cấp ĐS và máy phát F . Đây là một bộ biến đổi hai cấp : Động cơ sơ cấp ĐS biến đổi điện năng xoay chiều thành cơ năng trên trục động cơ của nó rồi truyền sang trục của máy phát F . Máy phát F biến đổi cơ năng đó thành điện năng một chiều để cung cấp cho động cơ Đ . Máy phát F còn có chức năng điều khiển .Nhờ biến trở kích BTF mà ta có thể thay đổi được sđđ của máy phát , như vậy mỗi vị trí của biến trở sẽ tương ứng với một tốc độ đặt ở động cơ Đ Để làm nguồn kích từ cho F và Đ ta sử dụng một máy phát kích từ FK được nối đồng trục với đông cơ ĐS . Nguồn kích từ này có thể là acquy hoặc các bộ chỉnh lưu . Ngoài ra trên sơ đồ còn có bộ tiếp điểm thuận nghịch T,N dùng để đổi chiều dòng kích từ của máy phát nhằm mục đích đảo chiều quay của động cơ chấp hành . Biến trở BTĐ dùng để điều chỉnh thêm từ thông động cơ khi cần mở rộng dải điều chỉnh . a. Khi tốc độ động cơ sơ cấp không đổi Khi máy phát F được quay với tốc độ ωf cố định . Sđđ Ef của nó phụ thuộc vào dòng điện kích từ Ikf của nó theo luật đường cong từ hoá . Nếu coi máy phát không bão hoà từ nên ta có E f = k f Φ f ω f = k f ω f α I kf pN trong đó k f = là hệ số cấu trúc máy phát 2πa Φf là từ thông kích từ của máy phát α là hệ số góc của đường đặc tính từ hoá và α = ∆Φ f / ∆I kf Để phân tích sự làm việc của hệ thống F-Đ ta thay thế máy phát F và sđđ Ef vào vị trí của bộ BĐ và Eb . Khi đó ta có các phương trình đặc tính : k fωfα R ω= I kf − Iu kd Φ d kd Φ d k fωfα R ω= I kf − M kd Φ d (k d Φ d ) 2 Với R = R ư + R đ : Điện trở tổng của mạch phần ứng Tốc độ không tải lý tưởng của động cơ Đ được xác định theo biểu thức : k fωfα (k Φ ) 2 ω0 = β fd = − d d I kf và độ cứng của đường đặc tính cơ kd Φ d R 58
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi dòng kích từ của máy phát tốc độ không tải lý tưởng của động cơ sẽ thay đổi còn độ cứng của đường đặc tính cơ được giữ nguyên . Do đó các đặc tính điều chỉnh là một họ đường thẳng song song với nhau Các đường đặc tính trong họ F-Đ mềm hơn đường đặc tính cơ tự nhiên , thông thường 1 Ruf ≈ Rud ⇒ β fd ≈ β tn 2 Tuy nhiên những kết quả trên chỉ đúng với khi ω = ω dst = const , còn khi không thoả mãn điều kiện này thì các đường đặc tính sẽ có dạng khác b. Khi tốc độ động cơ sơ cấp biến đổi Khi xem xét ta bỏ qua các tổn thât trong máy điện , khi đó mô men trên trục động cơ sơ cấp bằng mô men điện từ của máy phát M ds = M dt .F = k f Φ f I u Dòng điện phần ứng có thể biểu diễn theo mô men M của động cơ chấp hành M Iu = kd Φ d kfΦf Do đó M ds = M kd Φ Viết phương trình đặc tính cơ của động cơ sơ cấp theo dạng đường thẳng ta sẽ có mối quan hệ giữa tốc độ của máy phát ω f với mô men của động cơ chấp hành kfΦf M M ω f = ω ds = ω 0.ds − ds = ω 0.ds − β ds k d Φ d β ds  k 2α 2 I kf  k f αω0.ds 2 1 f ⇒ω = I kf − R+ M  β ds  kd Φ d kd Φ d    Đây là phương trình của động cơ chấp hành khi tốc độ máy phát F ω f ≠ const . trong trường hợp náy độ sụt tốc của động cơ chấp hành sẽ tăng thêm một lượng k 2 α 2 I kf 2 f ∆ω = ' M β ds nên đặc tính cơ của nó sẽ mềm đi . Lượng sụt tốc này tỷ lệ với bình phương dòng điện kích từ nên các đặc tính càng cao thì càng mềm 2. Các chỉ tiêu chất lượng Ta có các trạng thái làm việc của hệ thống F-Đ được mô tả như trên hình vẽ 59
Ở góc phần tư thứ nhất , Đ làm việc ở trạng thái động cơ với chiều quay thuận còn ở góc phần tư thứ 3 với chiều quay ngược . Khi đó Eư và Ef ngược chiều nhau và Eu < E f , nghĩa là ω < ω 0 , dòng Iư chạy theo chiều Ef , máy phát cung cấp năng lượng còn động cơ nhận năng lượng . Sơ đồ được chỉ ra trên hình a Trong miền nằm giữa đường ĐN và trục tung góc thứ hai và góc thứ tư ( Với cả hai chiều quay ) Đ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh . Khi đó Eư và Ef vẫn ngược chiều nhau nhưng Eu > E f nghĩa là ω > ω 0 dòng Iư chạy theo chiều Eu , như vậy động cơ cấp điện năng còn máy phát thu điện năng . Năng lượng náy được tạo ra bởi phần thế năng hoặc động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động của hệ trong quá trình làm việc trước đó . Động cơ Đ đóng vai trò máy phát để biến cơ năng trên trục của nó thành điện năng chuyển vào mạch phần ứng . Máy phát F lại làm việc như một động cơ để biến điện năng thành cơ năng chuyển sang động cơ ĐS . Cuối cùng ĐS biến cơ năng thành điện năng xoay chiều trả về lưới điện . Nếu cho Ikf = 0 thì trong trường hợp lý tưởng thì Ef = 0 sơ đồ thay thế có dạng hình c . Đây là trường hợp hãm động năng động cơ với điện trở hãm ở mạch ngoài là R ưf , tương ứng ta có đặc tính hãm là đường ĐN 3.2.4 Hệ biến đổi van - động cơ ( V - Đ ) 1. Bộ biến đổi van Bộ biến đổi van có điều khiển là bộ điều chỉnh điện áp một chiều . Khi nối nó vào mạch phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập ta sẽ có hệ truyền động van - động cơ ( Hệ V-Đ) Một bộ biến đổi van bao gồm máy biến áp động lực , tổ van , cuộn kháng và hệ thống điều khiển .Ta có sơ đồ của bộ biến đổi hình tia và hình cầu như sau BA BA ib ic ia ia ib 2 ic 2 2 2 2 2 V1 V2 V3 V1 V4 V3 V2 KH V5 V6 ĐK ĐK KH a. ChØ l uu h× tia nh nh b. ChØ l uu h× cÇ nh nh u BA: biến áp động lực dùng để biến đổi trị số điện áp của lưới phù hợp với cấp điện áp của động cơ . Ngoài ra nó còn có chức năng biến đổi số pha , tạo điểm trung tính khi cần thiết , hạn chế biên độ dòng điện ngắn mạch , giảm tốc độ tăng dòng trong van và cải thiện hình dạng dòng điện trong mạch . 60
Ta có sơ đồ thay thế của bộ biến đổi van như sau ~ e2 E V iư ΔV L R Trong sơ đồ thay thế ΔU : sụt áp thuận trên một van R = Rba + Rư + Rkh ; L = Lba + Lư + Lkh R , L : Điện trở và điện kháng tổng của mạch điên : sđđ pha thứ cấp máy biến áp với sơ đồ chỉnh lưu hình tia và sđđ dây với e2 so đồ chỉnh lưu cầu Để cho đơn giản ta giả thiết dòng ngược và sụt áp thuận trên van bằng 0 : i ng = 0 ; ΔU = 0 ; e2 = E2msinΩt và các thông số của mạch điện R , L là không đổi . Nếu van mở tại thời điểm tα0 tương ứng với góc α0 = Ωtα0 từ gốc của đường hình sin e2 từ sơ đồ thay thế ta có : di E2 m sin(Ωt + α 0 ) = E + ∆U + Riu + L u dt Đặt T = L/R : Hằng số thời gian điện từ của mạch Φ = arctg (ΩT) : Góc pha của mạch Nghiệm của phương trình vi phân trên sẽ là : iu = { [ RI 0 + E − E2 m cos ϕ sin(α 0 − ϕ )] exp(−Ωt.cot gϕ ) − [ E − E2 m cos ϕ sin(Ωt + α 0 − ϕ ) ] } Trong đó I0 là giá trị ban đầu của dòng điện trong mỗi khoảng dẫn của van . Dòng điện i ư có dạng đập mạch nên có thể phân tích thành thành phần một chiều và xoay chiều . Giá trị trung bình của thành phần một chiều như sau : λ λ λE  p 1 p 1 ∫ iu dt = 2π R  E2m sin 2 λ sin(α 0 + 2 ) − 2  Iu = 2π 0   Trong đó λ là khoảng tồn tại của một xung dòng còn gọi là khoảng thông của van . Đối với trạng thái dòng điện liên tục và biên liên tục thì λ = 2π/p còn đối với trạng thái dòng điện gián đoạn thì λ < 2π/p . e e e b b b ωt ωt ωt iư iư iư ωt ωt ωt α α λ =2π/p λ α 2π/p α0 2π/p α0 Ở trạng thái dòng điện liên tục , van này chưa khoá thì van kế tiếp đã mở , việc mở của van này là điều kiện để khoá van kế tiếp . Trên đầu ra của bộ biến đổi ta luôn nhận được điện áp lấy trực tiếp từ các đầu nối của dây quấn thứ cấp máy biến áp . Nếu bỏ qua sụt áp trên các van thì điện áp ra của bộ biến đổi ở trạng thái dòng liên tục sẽ là đường bao của các sđđ thứ cấp của MBA . Giá trị trung bình của nó được xác định như sau : α + 2π / p p ∫ eb (Ωt )dt = Ebm cos α Eb = 2π α 61
π π  Trong đó α = α 0 −  −  là góc mở van tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên  2 p π p Ebm = sin E2 m là sđđ lớn nhất của bộ biến đổi ứng với trường hợp α=0 π p 2. Đặc tính cơ của động cơ Ở trạng thái dòng điện liên tục từ sơ đồ thay thế ta có phương trình đặc tính cơ E cos α − ∆U Rb + Ru + Rkh ω = bm − Iu k Φ dm k Φ dm Ebm cos α − ∆U Rb + Ru + Rkh ω= − M k Φ dm (k Φ dm ) 2 Đối với các van bán dẫn ΔU = 0 nên có thể bỏ qua . Như vậy các đường đặc tính cơ là các đường thẳng . Độ cứng của đường đặc tính cơ là ( k Φ dm ) 2 β= Ru + Rb + Rkh Ebm cos α -∆U Và tốc độ không tải lý tưởng ω0 ' = kΦ dm Thay đổi góc mở các van từ 0 - 180 sđđ của bộ biến đổi biến thiên từ +Ebm - -Ebm và ta có được 0 một họ đường thẳng song song nhau tại góc phần tư thứ 1 và 4 trên hệ toạ độ . Những đặc tính không tồn tai ở góc 2 và 3 là do các van không cho dòng điện phần ứng đảo chiều . Đặc tính cơ được vẽ như sau : ω ω01 ω02 B ωblt ω0i I blt M HN ĐN TS Ta nhận thấy rằng các đặc tính của hệ V-Đ mềm hơn so với đặc tính cơ tự nhiên do có điện trở Rb của bộ biến đổi . 62