CHƯƠNG 8: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MÁY NÂNG CHUYỂN

Chia sẻ: Đỗ Hồng | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

127
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ thống truyền động điện bao gồm các thiết bị phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện - cơ và điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó. Trong các hệ thống truyền động điện luôn có dòng năng lượng và dòng thông tin. Dòng năng lượng thể hiện quá trình truyền và biến đổi năng lượng điện từ lưới thành năng lượng cơ cấp cho máy sản xuất

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 8: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MÁY NÂNG CHUYỂN

Ch¬ng 8 TruyÒn ®éng ®iÖn m¸y n©ng chuyÓn 8.1. Kh¸i niÖm chung 8.1.1. TruyÒn ®éng ®iÖn 1. §Þnh nghÜa HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn bao gåm c¸c thiÕt bÞ phôc vô cho viÖc biÕn ®æi n¨ng lîng ®iÖn - c¬ vµ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l îng ®ã. Trong c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn lu«n cã dßng n¨ng l îng vµ dßng th«ng tin. Dßng n¨ng lîng thÓ hiÖn qu¸ tr×nh truyÒn vµ biÕn ®æi n¨ng l îng ®iÖn tõ líi thµnh n¨ng lîng c¬ cÊp cho m¸y s¶n xuÊt. Dßng th«ng tin ®îc t¹o ra tõ c¸c qu¸ tr×nh ph¸t hiÖn, thu thËp, xö lý vµ truyÒn c¸c th«ng tin cÇn thiÕt trong hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn. Dßng th«ng tin b¶o ®¶m cho dßng n¨ng lîng diÔn ra ®óng mong muèn. 2. CÊu tróc c¬ b¶n CÊu tróc cña hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tuú thuéc vµo sè l îng, chñng lo¹i c¸c thiÕt bÞ vµ c¸c mèi quan hÖ cña chóng víi nhau trong hÖ. CÊu tróc c¬ b¶n cña c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 8-1. Bé M¸y §én biÕn s¶n g c¬ ® æi xuÊt ThiÕt bÞ Bé C¶m biÕn, thiÕt bÞ ® vµo Çu ® iÒu ®o khiÓn Ngêi TruyÒn ® iÒu th«ng tin khiÓn ThiÕt bÞ ® ra Çu H×nh 8-1. C Êu tróc c¬ b¶n cña hÖ thèng truyÒn ®é ng ®iÖn 195
Dßng n¨ng lîng ®iÖn tõ líi qua bé biÕn ®æi sÏ cã c¸c th«ng sè thÝch hîp ®Ó ® - a tíi ®éng c¬. §éng c¬ ®iÖn - phÇn tö chÝnh cña hÖ thèng - sÏ biÕn ®æi ®iÖn n¨ng thµnh c¬ n¨ng cÇn thiÕt cÊp cho m¸y s¶n xuÊt ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ. Qu¸ tr×nh n¨ng lîng trªn diÔn ra theo luËt do bé ®iÒu khiÓn quy ®Þnh. C¸c c¨n cø ®Ó x¸c ®Þnh quyÕt ®Þnh ®iÒu khiÓn lµ tÝn hiÖu cña ng êi ®iÒu khiÓn hoÆc nguån th«ng tin vµ c¸c tÝn hiÖu vÒ tr¹ng th¸i cña hÖ thèng do kªnh ®o ® a tíi. C¸c th«ng tin cÇn thiÕt cã thÓ ® îc lu gi÷, hiÓn thÞ nhê c¸c thiÕt bÞ ®Çu ra. HÖ thèng thùc hiÖn giao tiÕp víi bªn ngoµi qua c¸c thiÕt bÞ (cæng) ghÐp nèi. 3. Ph©n lo¹i C¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn cã cÊu tróc c¬ b¶n nh h×nh 8-1 cã thÓ ph©n lo¹i theo nhiÒu quan ®iÓm. Theo lo¹i ®éng c¬ ®iÖn cã thÓ chia thµnh truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu vµ truyÒn ®éng ®iÖn xoay chiÒu. C¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu thêng ho¹t ®éng ë nhiÒu cÊp tèc ®é vµ thuéc lo¹i truyÒn ®éng ®iÖn ®iÒu chØnh (tèc ®é). C¸c truyÒn ®éng ®iÖn chØ ho¹t ®éng ë 1 cÊp tèc ®é ®îc gäi lµ truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®iÒu chØnh. Theo c¸ch thøc truyÒn ®éng cã truyÒn ®éng ®¬n, truyÒn ®éng nhãm vµ truyÒn ®éng nhiÒu ®éng c¬. Trong hÖ thèng truyÒn ®éng ®¬n, mçi ®éng c¬ dÉn ®éng cho mét m¸y s¶n xuÊt. NÕu mét ®éng c¬ dÉn ®éng cho nhiÒu m¸y s¶n xuÊt th× truyÒn ®éng sÏ lµ truyÒn ®éng nhãm. NÕu mçi c¬ cÊu cña m¸y ® îc dÉn ®éng b»ng mét ®éng c¬ riªng th× truyÒn ®éng ® îc gäi lµ truyÒn ®éng nhiÒu ®éng c¬. Ngoµi ra cßn cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i truyÒn ®éng ®iÖn kh¸c. 8.1.2. §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn 1. §Þnh nghÜa §Æc tÝnh c¬ lµ ®êng biÓu diÔn quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ m« men quay cña ®éng c¬ ®iÖn. ω 1 H×nh 8-2 . § Æc tÝnh c¬ cña 2 ®é ng c¬ ®iÖn 3 1 - cña ®éng c¬® ång bé; 2 - cña ®éng c¬kh«ng ® ång 4 bé; 5 3, 4 - cña ®éng c¬mét chiÒu M kÝch tõ ® lËp; éc 5 - cña ® éng c¬mét chiÒu 196 kÝch tõ nèi tiÕp.
§Æc tÝnh c¬ x¸c ®Þnh víi c¸c ®iÒu kiÖn vµ th«ng sè vËn hµnh ®Þnh møc cña ®éng c¬ ®îc gäi lµ ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn. §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn chøa ®iÓm lµm viÖc ®Þnh møc cña ®éng c¬. C¸c ®Æc tÝnh c¬ x¸c ®Þnh víi c¸c ®iÒu kiÖn vµ th«ng sè vËn hµnh kh¸c ®Þnh møc ®Òu ® îc gäi lµ ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o. C¸c sai kh¸c ®Þnh møc ®èi víi truyÒn ®éng ®iÖn thêng lµ: - ChÕ ®é cÊp ®iÖn víi ®iÖn ¸p vµ tÇn sè kh¸c ®Þnh møc. - thay ®æi c¸ch nèi vµ ®Êu thªm c¸c ®iÖn trë phô vµo c¸c m¹ch cuén d©y. 2. §é cøng ®Æc tÝnh c¬ §é cøng ®Æc tÝnh c¬, ký hiÖu β, lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu quan träng ®Ó ®¸nh gi¸ vµ so s¸nh c¸c ®Æc tÝnh c¬. §é cøng ®Æc tÝnh c¬ ®îc ®Þnh nghÜa lµ: dM β= (8-1) dω §Æc tÝnh c¬ cã ®é cøng cao (β lín) biÓu diÔn mèi quan hÖ tèc ®é Ýt phô thuéc vµo sù thay ®æi cña m« men vµ sÏ ® îc gäi lµ ®Æc tÝnh c¬ cøng, ®êng 2, 3 trªn h×nh 8-2. Víi ®Æc tÝnh c¬ tuyÖt ®èi cøng, (β v« cïng lín) tèc ®é kh«ng phô thuéc vµo m« men, ®êng 1, trªn h×nh 8-2. C¸c ®éng c¬ cã tèc ®é phô thuéc m¹nh vµo m« men sÏ cã ®Æc tÝnh c¬ mÒm (β bÐ), ®êng 5, trªn h×nh 8-2. 8.1.3. §Æc tÝnh c¬ cña m¸y c«ng t¸c 1. D¹ng ®Æc tÝnh c¬ §Æc tÝnh c¬ cña m¸y c«ng t¸c rÊt ®a d¹ng vµ phô thuéc vµo c«ng nghÖ s¶n xuÊt. Cã thÓ liÖt kª mét sè d¹ng chÝnh sau. a.M« men quay phô thuéc vµo tèc ®é: Quan hÖ phô thuéc cã thÓ lµ bËc 1 hoÆc cao h¬n. Còng cã m¸y cã m« men c¶n tû lÖ nghÞch víi tèc ®é. b.M« men quay phô thuéc vµo gãc quay hoÆc qu·ng ® êng c.M« men quay phô thuéc vµo thêi gian 2. TÝnh chÊt cña m« men c¶n M« men c¶n thÕ n¨ng nÕu cã chiÒu kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é quay. VÝ dô nh m« men cña thiÕt bÞ trôc t¶i, n©ng h¹ t¶i, thang m¸y. M« men c¶n ph¶n kh¸ng cã chiÒu ng îc víi chiÒu tèc ®é quay tøc lµ lu«n chèng l¹i chuyÓn ®éng. M« men ma s¸t lµ vÝ dô ®iÓn h×nh cho m« men lo¹i nµy. 8.1.4 C¸c chÕ ®é lµm viÖc §éng c¬ ®iÖn cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ hoÆc c¸c chÕ ®é h·m 197
1. ChÕ ®é ®éng c¬ §éng c¬ nhËn n¨ng lîng ®iÖn tõ líi (P® > 0), biÕn ®æi thµnh n¨ng l îng c¬ cung cÊp cho m¸y s¶n xuÊt (Pc¬ > 0). Trong chÕ ®é nµy, m« men vµ tèc ®é ®éng c¬ cïng chiÒu (cïng dÊu). M« men ®éng c¬ sinh ra dïng ®Ó kh¾c phôc m« men c¶n, duy tr× tèc ®é quay. C¸c ®iÓm lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ n»m trong gãc phÇn t thø nhÊt vµ thø ba, xem h×nh 8-3. ω H·m chiÒu thuËn §éng c¬chiÒu thuËn M M H×nh 8-3 . C ¸c chÕ ®é lµm viÖc cña ω ω ®é ng c¬ M - M« me n quay cña ®é ng c¬ ω - T è c ®é quay cña ®é ng c¬ M 0 M M ω ω §éng c¬chiÒu ng H·m chiÒu ngîc îc 2. ChÕ ®é h·m Trong c¸c chÕ ®é h·m ®iÖn, m« men ®éng c¬ sinh ra ng îc chiÒu víi tèc ®é ®éng c¬ (tr¸i dÊu). C¸c ®iÓm lµm viÖc ë chÕ ®é h·m n»m trong gãc phÇn t thø hai vµ thø t. §éng c¬ cã thÓ lµm viÖc ë c¸c chÕ ®é h·m sau: • H·m t¸i sinh ChÕ ®é h·m nµy thùc hiÖn ë tèc ®é lín h¬n tèc ®é kh«ng t¶i lý t ëng. §éng c¬ sÏ nhËn c¬ n¨ng tõ trôc c¬ (Pc¬ < 0), biÕn ®æi c¬ n¨ng nµy thµnh ®iÖn n¨ng tr¶ vÒ líi ®iÖn (P® < 0). Lóc nµy, ®éng c¬ sÏ lµm viÖc nh mét m¸y ph¸t. • H·m ngîc Khi lµm viÖc ë chÕ ®é h·m ng îc, ®éng c¬ sÏ ®ång thêi nhËn ®iÖn n¨ng tõ l íi ®iÖn vµ c¬ n¨ng tõ trôc c¬ (P® > 0, Pc¬ < 0). TÊt c¶ n¨ng lîng nµy bÞ hao tæn trong c¸c m¹ch cña ®éng c¬ díi d¹ng nhiÖt n¨ng. • H·m ®éng n¨ng 198
§éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é h·m ®éng n¨ng sÏ chØ nhËn c¬ n¨ng tõ trôc c¬ (Pc¬ < 0). Toµn bé n¨ng l îng nµy bÞ biÕn ®æi thµnh nhiÖt n¨ng hao tæn hÕt trong m¹ch cña ®éng c¬. 8.1.5. §éng häc truyÒn ®éng ®iÖn Cã thÓ m« t¶ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn cã m« men qu¸n tÝnh kh«ng ®æi b»ng ph¬ng tr×nh chuyÓn ®éng dω M − Mc = J (8- dt 2) trong ®ã: M - m« men ®éng c¬ Mc - m« men c¶n quy ®æi vÒ trôc ®éng c¬ J - m« men qu¸n tÝnh quy ®æi vÒ trôc ®éng c¬ ω - tèc ®é ®éng c¬. Tõ ph¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cã thÓ kÕt luËn: • nÕu M > MC th× dω/dt > 0 vµ truyÒn ®éng ®iÖn sÏ t¨ng tèc ®é, • nÕu M < MC th× dω/dt < 0 vµ truyÒn ®éng ®iÖn sÏ gi¶m tèc ®é, • nÕu M = MC th× dω/dt = 0 vµ truyÒn ®éng ®iÖn sÏ lµm viÖc víi tèc ®é kh«ng ®æi. 8.1.5 §iÒu chØnh tèc ®é truyÒn ®éng ®iÖn 1. Kh¸i niÖm §iÒu chØnh tèc ®é lµ lµm thay ®æi tèc ®é mét c¸ch cã chñ ®Þnh vµ ®éc lËp víi viÖc thay ®æi t¶i cña ®éng c¬. §iÒu chØnh tèc ®é truyÒn ®éng ®iÖn th êng nh»m b¶o ®¶m c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ. Trong gi¸o tr×nh sÏ chØ ®Ò cËp tíi viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸c biÖn ph¸p t¸c ®éng tíi c¸c th«ng sè cña nguån ®iÖn cung cÊp hoÆc/vµ t¸c ®éng tíi c¸c th«ng sè cña ®éng c¬. 2.C¸c chØ tiªu ®iÒu chØnh tèc ®é • D¶i ®iÒu chØnh lµ tû sè gi÷a gi¸ trÞ tèc ®é lµm viÖc lín nhÊt vµ nhá nhÊt cña truyÒn ®éng ®iÖn øng víi t¶i ®· cho: ω max D= (8- ω min 3) 199
ωmax - tèc ®é lµm viÖc lín nhÊt; trong ®ã: ωmin - tèc ®é lµm viÖc nhá nhÊt. • §é ªm ®iÒu chØnh lµ tû sè gi÷a gi¸ trÞ tèc ®é hai cÊp kÕ tiÕp nhau trong d¶i ®iÒu chØnh ω i +1 γ= (8- ωi 4) ωi , ωi+1 - tèc ®é hai cÊp kÕ tiÕp nhau thø i vµ (i + 1). • §é cøng ®Æc tÝnh c¬ khi ®iÒu chØnh tèc ®é cÇn ®ñ lín ®Ó æn ®Þnh tèc ®é lµm viÖc vµ duy tr× ®é chÝnh x¸c ®iÒu khiÓn. • TÝnh kinh tÕ khi ®iÒu chØnh tèc ®é liªn quan ®Õn nhiÒu chØ tiªu ®¸nh gi¸ ch¼ng h¹n nh chi phÝ ®Çu t, chi phÝ ®iÒu khiÓn tèc ®é. ω ωma H×nh 8- 4 . Kh¸i niÖm vÒ x ωi ®iÒu chØnh tè c ®é ®é ng c¬ ωmax - T è c ®é cao nhÊt; ωmin M ωmin - T è c ®é thÊp nhÊt; ωi - T è c ®é cÊp thø i. 8.2. TruyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu 8.2.1. §Æc ®iÓm c¬ ®iÖn cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu 1. §éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp a) §Æc ®iÓm M¹ch kÝch tõ vµ m¹ch phÇn øng cña ®éng c¬ ®éc lËp nhau, h×nh 5. §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ song song khi lµm viÖc víi l íi ®iÖn c«ng suÊt lín còng cã thÓ coi lµ lo¹i ®éng c¬ nµy. + I¦ + H×nh 8-5 . § é ng c¬ kÝch tõ ®é c lËp Ikt E U, E - §iÖn ¸p vµ s øc ®iÖn ®é ng phÇn ø ng; U Wkt ¦ - PhÇn øng; 200 I¦ - Dßng ®iÖn phÇn øng; - Ikt - § ßng ®iÖn kÝch tõ; - W kt - C ué n d©y kÝch tõ.
b.§Æc tÝnh c¬ Ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p phÇn øng víi chiÒu chän nh trªn h×nh 8-5 cã d¹ng U = E + I ¦ R¦ ; (8- 5) trong ®ã: U, E - ®iÖn ¸p vµ søc ®iÖn ®éng phÇn øng I¦, R¦ - dßng ®iÖn vµ ®iÖn trë phÇn øng. Søc ®iÖn ®éng phÇn øng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (xem gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn): E = CΦ ω ; (8- 6) trong ®ã: C - h»ng sè cÊu tróc ®éng c¬; Φ - tõ th«ng 1 cùc tõ; ω - tèc ®é quay cña phÇn øng. M« men quay cña ®éng c¬ ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (xem gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn) M = CΦI ¦ (8- 7) Trong c¸c c«ng thøc (8-6) vµ (8-7) h»ng sè cÊu tróc ®éng c¬ ® îc tÝnh theo: pN C= (8- 2πa 8) trong ®ã: p - sè ®«i cùc tõ cña ®éng c¬ a - sè ®«i m¹ch nh¸nh song song cña phÇn øng N - sè thanh dÉn t¸c dông cña phÇn øng. Thay c¸c tÝnh to¸n (8-6), (8-7) vµo ph¬ng tr×nh (8-5) ta ®îc: 201
M U = CΦω + R¦ (8- CΦ 9) Tõ ®ã x¸c ®Þnh ®îc ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: U M ω= − R¦ CΦ ( CΦ ) 2 (8-10) Khi kh«ng mang t¶i, M = 0, ®éng c¬ sÏ quay víi tèc ®é kh«ng t¶i lý t ëng ω0: U ω0 = . CΦ ω (8-11) ω0 H×nh 8-6 . § Æc tÝnh c¬ cña ®é ng ∆ω®m ω®m c ¬ mé t chiÒu kÝch tõ ®é c lËp ω0 - T è c ®é kh«ng t¶i lý t-ëng; ω®m , M®m - T è c ®é vµ m« me n ®Þnh m øc; ∆ω®m - § é s ôt tè c ®Þnh møc 0 M®m M Khi cã t¶i, M > 0, tèc ®é ®éng c¬ gi¶m víi ®é r¬i tèc ®é x¸c ®Þnh bëi M ∆ω = R ( CΦ ) 2 ¦ . (8-12) §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ lµ ®êng th¼ng vµ ®îc biÓu diÔn trªn h×nh 8-6. • C¸c th«ng sè ¶nh hëng tíi ®Æc tÝnh c¬ Tõ ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cã thÓ nhËn thÊy ngay r»ng c¸c th«ng sè ¶nh h - ëng tíi ®Æc tÝnh c¬ lµ: - ®iÖn ¸p phÇn øng; - ®iÖn trë phô m¹ch phÇn øng; tõ th«ng kÝch tõ. - Theo híng thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng, tèc ®é kh«ng t¶i lý t ëng thay ®æi cßn ®é cøng ®Æc tÝnh kh«ng ®æi. Hä ®Æc tÝnh khi thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng lµ c¸c ®êng th¼ng song song víi ®Æc tÝnh tù nhiªn, h×nh 8-7. 202
ω H×nh 8-7 . Hä ®Æc tÝnh c¬ cña ®é ng c¬ U®m >U1 >... > i > U k Ých tõ ®é c lËp, U = var Un tù nhiªn U® U m1 Ui M 0 Do ph¶i b¶o ®¶m ®iÒu kiÖn c¸ch ®iÖn nªn th êng chØ h¹n chÕ híng ®iÒu chØnh phÝa díi ®iÖn ¸p ®Þnh møc. Theo híng thay ®æi ®iÖn trë phô m¾c vµo m¹ch phÇn øng sÏ nhËn ® îc c¸c ®Æc tÝnh cã cïng tèc ®é kh«ng t¶i lý t ëng vµ ®é r¬i tèc ®é tû lÖ víi ®iÖn trë m¹ch phÇn øng, h×nh 8-8. Hä ®Æc tÝnh lµ c¸c ® êng th¼ng qua ®iÓm øng víi ®iÓm kh«ng t¶i lý tëng vµ cã ®é cøng nhá h¬n ®é cøng cña ®Æc tÝnh tù nhiªn, h×nh 8- 8. ω Rp1 Ikt3 Ikt3 Ikt2 Ikt1 H×nh 8- 9 . Hä ®Æc tÝnh c¬ cña ®é ng c ¬ kÝch tõ ®é c lËp, Ikt = v ar tù nhiªn 0 M 2.§éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp 203
a) §Æc ®iÓm Cuén d©y kÝch tõ m¾c nèi tiÕp víi m¹ch phÇn øng cña ®éng c¬, h×nh 8-10. V× dßng ®iÖn phÇn øng còng lµ dßng ®iÖn kÝch tõ nªn tõ th«ng kÝch tõ phô thuéc vµo t¶i cña ®éng c¬. R®c I¦ H×nh 8- 10 . § é ng c¬ kÝch tõ nè i tiÕp U - §iÖn ¸p ®éng c¬; Wkt U E - S øc ®iÖn ®é ng phÇn øng; ¦ - PhÇn øng; E I¦ - Dßng ®iÖn phÇn øng; W kt - C ué n d©y kÝch tõ. NÕu m¹ch tõ cha b·o hoµ cã thÓ coi quan hÖ nµy lµ tuyÕn tÝnh x¸c ®Þnh bëi: Φ = K I¦ (8-13) trong ®ã: K – h»ng sè. b) §Æc tÝnh c¬ Ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cña ®éng c¬ víi chiÒu chän nh trªn h×nh 8-10 U = E + I ¦ ( R ¦ + R kt + R ph ) = E + I ¦ R (8- 14) trong ®ã: U, E, I¦ - ®iÖn ¸p vµ søc ®iÖn ®éng phÇn øng R¦, Rkt, Rph - ®iÖn trë cuén phÇn øng, cuén kÝch tõ vµ ®iÖn trë phô. Sö dông tÝnh to¸n (8-6) vµ x¸c ®Þnh tèc ®é gãc tõ c«ng thøc (8-14) U I¦ R ω= − . (8-15) CΦ CΦ Thay quan hÖ (8-13) vµo (8-15): U R ω= − C K Iu C K (8-16) Tõ quan hÖ (8-7) vµ (8-13) ta cã M = CΦ I ¦ = C K I 2 , ¦ (8-17) 204
M Iu = hay . CK (8-18) Thay (8-18) vµo (8-16) ta ®îc ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp: U R a ω= − = −b CK CK M M (8-19) §Æc tÝnh c¬ cã d¹ng hyperbol nh h×nh 8-11. Khi t¶i nhá hoÆc kh«ng t¶i, tèc ®é ®éng c¬ rÊt lín h¬n tèc ®é ®Þnh møc vµ cã thÓ g©y h háng (c¬) cho ®éng c¬. V× vËy kh«ng ®îc ®Ó ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp lµm viÖc kh«ng t¶i hoÆc víi t¶i nhá. Khi t¶i lín, dßng ®iÖn phÇn øng lín lµm m¹ch tõ b·o hoµ nªn tõ th«ng kÝch thÝch gÇn nh kh«ng ®æi vµ ®Æc tÝnh c¬ cã d¹ng gÇn th¼ng. ω ω®m H×nh 8- 11 . § Æc tÝnh c¬ cña ®é ng c¬ mé t chiÒu kÝch tõ nè i tiÕp ω®m , M®m - T è c ®é vµ m« me n ®Þnh m øc. 0 M®m M §éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp cã kh¶ n¨ng qu¸ t¶i cao, m« men më m¸y lín vµ Ýt nhËy c¶m víi sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p cung cÊp. c) C¸c th«ng sè ¶nh hëng tíi ®Æc tÝnh c¬ ω Rp1
a) §éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp Dßng ®iÖn më m¸y cña ®éng c¬ ®îc x¸c ®Þnh tõ ph¬ng tr×nh (8-5) víi chó ý søc ®iÖn ®éng phÇn øng b»ng 0 U I mm = . R¦ (8-20) Do ®iÖn trë phÇn øng nhá nªn dßng ®iÖn më m¸y cña ®éng c¬ lín, th êng cã cì (10 ÷ 20) lÇn dßng ®iÖn ®Þnh møc. Dßng ®iÖn më m¸y lín t¸c ®éng xÊu ®Õn ®éng c¬ ®Õn c¸c thiÕt bÞ nguån, thiÕt bÞ ®ãng c¾t b¶o vÖ vµ hÖ thèng ®iÖn. BiÖn ph¸p thêng dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn më m¸y cña ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp lµ m¾c thªm ®iÖn trë më m¸y vµo m¹ch phÇn øng. Khi ®ã, dßng ®iÖn më m¸y x¸c ®Þnh theo c«ng thøc 8-21 sÏ gi¶m: U I mm = R ¦ + R mm (8-21) trong ®ã: Rmm - ®iÖn trë më m¸y. §iÖn trë më m¸y ®îc tÝnh tõ (8-21) vµ yªu cÇu h¹n chÕ dßng ®iÖn më m¸y (th - êng ë gi¸ trÞ 2,5 lÇn dßng ®Þnh møc). Trong qu¸ tr×nh më m¸y, khi tèc ®é ®éng c¬ ®· ®ñ lín, ®iÖn trë më m¸y sÏ ® îc c¾t dÇn tõng cÊp (cho tíi hÕt hoµn toµn) ra khái m¹ch phÇn øng. Cuèi qu¸ tr×nh më m¸y, ®éng c¬ sÏ lµm viÖc víi ®Æc tÝnh tù nhiªn. ω Rmm tù nhiªn Rmm1 Wkt Rmm Rmm 0 2 3 M H×nh 8-13. Më m¸y ®é ng c¬ kÝch tõ ®é c lËp qua ®iÖn trë b) §éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp ω Rmm §Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn më m¸y còng dïng biÖn ph¸p m¾c thªm ®iÖn trë më m¸y vµo tù nhiªn m¹ch phÇn øng. Trong qu¸ tr×nh më m¸y ®iÖn trë nµy sÏ ® îc c¾t dÇn tõng cÊp ra Wkt khái m¹ch phÇn øng, xem h×nh 8- 14. Rmm 206 Rmm 1 0 2 M H×nh 8-14 . Më m¸y ®é ng c¬ kÝch tõ nè i tiÕp qua ®iÖn trë
2. C¸c chÕ ®é h·m a) §éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp §éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp cã thÓ lµm viÖc ë c¶ ba chÕ ®é h·m. - ChÕ ®é h·m t¸i sinh Khi tèc ®é quay cña roto lín h¬n tèc ®é kh«ng t¶i lý t ëng, ®éng c¬ ®iÖn sÏ lµm viÖc ë chÕ ®é h·m t¸i sinh. Do ®iÖn ¸p phÇn øng nhá h¬n søc ®iÖn ®éng nªn dßng ®iÖn phÇn øng sÏ ©m: U − E CΦ ( ω 0 − ω) I¦ = = < 0. (8- R¦ R¦ 22) Dßng ®iÖn phÇn øng ®æi chiÒu, m« men quay còng ®æi chiÒu vµ trë thµnh m« men h·m (c¶n trë chuyÓn ®éng). §éng c¬ lµm viÖc nh mét m¸y ph¸t ®iÖn: nhËn c¬ n¨ng qua trôc c¬, biÕn ®æi thµnh ®iÖn n¨ng tr¶ vÒ l íi ®iÖn. Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ vÉn cã d¹ng (8-10) víi chó ý lµ M < 0 U M ω= − R¦ . CΦ ( CΦ ) 2 (8-23) ω I¦ + A B Ikt C E U Wkt M H×nh 8-15 . H·m t¸i s inh 207
§Æc tÝnh c¬ ë chÕ ®é nµy lµ phÇn kÐo dµi ®Æc tÝnh c¬ ë chÕ ®é ®éng c¬ sang gãc phÇn t thø hai. TruyÒn ®éng ®iÖn sÏ lµm viÖc æn ®Þnh t¹i ®iÓm B khi M = M C, xem h×nh 8- 15. ChÕ ®é h·m t¸i sinh ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao do ® a ®îc n¨ng lîng tr¶ l¹i nguån nªn cÇn ®îc u tiªn sö dông. - ChÕ ®é h·m ngîc Khi phÇn øng quay ngîc víi chiÒu ë chÕ ®é ®éng c¬ (t ¬ng øng víi c¸ch ®Êu x¸c ®Þnh) th× ®éng c¬ sÏ lµm viÖc ë chÕ ®é h·m ng îc. Cã thÓ ®a ®éng c¬ ®ang lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ ®Õn chÕ ®é h·m ng îc b»ng hai c¸ch: m¾c ®iÖn trë lín vµo m¹ch phÇn øng vµ ®æi cùc tÝnh ®iÖn ¸p phÇn øng. T ¬ng øng víi hai biÖn ph¸p trªn sÏ cã hai chÕ ®é h·m ng îc: h·m ngîc th¶ t¶i vµ h·m ng îc dõng m¸y khÈn cÊp. H·m ngîc th¶ t¶i chØ ¸p dông ® îc víi c¸c t¶i cã tÝnh chÊt thÕ n¨ng. Gi¶ sö ®éng c¬ ®ang lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ t ¬ng øng víi ®iÓm A trªn h×nh 8-16. M¾c ®iÖn trë lín vµo m¹ch phÇn øng sÏ ® a ®éng c¬ sang lµm viÖc víi ®Æc tÝnh c¬ biÕn trë. Trong ®o¹n BC m« men cña ®éng c¬ nhá h¬n m« men c¶n nªn truyÒn ®éng ®iÖn gi¶m tèc ®é. T¹i ®iÓm C tèc ®é ®éng c¬ b»ng 0, m« men ®éng c¬ vÉn nhá h¬n m« men c¶n (thÕ) nªn ®éng c¬ sÏ t¨ng tèc theo chiÒu ng îc l¹i. §o¹n CD t¬ng øng víi chÕ ®é h·m ngîc th¶ t¶i cña ®éng c¬. TruyÒn ®éng ®iÖn sÏ lµm viÖc æn ®Þnh t¹i ®iÓm D, lóc nµy m« men ®éng c¬ b»ng m« men c¶n. ω ω0 A I¦ B Ikt H×nh 8-16 : H·m ng-îc th¶ E M t¶i U Wkt C Rp D Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ vÉn cã d¹ng (8-10) víi ®iÖn trë phô Rph: ( R¦ + R ph ) U M ω= − CΦ ( CΦ ) 2 (8-24) 208
§iÖn trë phô lín lµm ®é sôt tèc ®é lín h¬n tèc ®é kh«ng t¶i lý t ëng (ë vÕ ph¶i cña (8-24), thµnh phÇn thø hai lín h¬n thµnh phÇn thø nhÊt) vµ tèc ®é sÏ ©m. Søc ®iÖn ®éng trë nªn cïng chiÒu víi ®iÖn ¸p phÇn øng. Dßng ®iÖn phÇn øng x¸c ®Þnh theo: U+E I¦ = R ¦ + R ph (8-25) ChÕ ®é h·m ngîc dõng m¸y khÈn cÊp ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®æi cùc tÝnh ®iÖn ¸p phÇn øng. Ban ®Çu ®éng c¬ ®ang lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ t ¬ng øng víi ®iÓm A h×nh 8- 17. NÕu ®æi cùc tÝnh ®iÖn ¸p ®ång thêi m¾c thªm ®iÖn trë lín vµo m¹ch phÇn øng th× ®éng c¬ sÏ chuyÓn tr¹ng th¸i sang ®iÓm B. T¹i ®iÓm B, m« men ®éng c¬ ®æi chiÒu lµm tèc ®é gi¶m nhanh chãng vÒ 0, ®iÓm C. §o¹n ®Æc tÝnh BC t¬ng øng víi chÕ ®é h·m ng îc dõng m¸y khÈn cÊp. §Ó dõng m¸y th× t¹i ®iÓm C cÇn c¾t ®iÖn cho ®éng c¬. ω I¦ ω0 B A Ikt E H×nh 8-17 . H·m ng-îc dõng M C U Wkt m ¸y Rp Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ trong trêng hîp nµy lµ ( R ¦ + Rph ) U M ω=− − (8- CΦ ( CΦ ) 2 26) Dßng ®iÖn phÇn øng x¸c ®Þnh theo U+E I¦ = − R ¦ + R ph (8-27) Bëi v× søc ®iÖn ®éng vµ ®iÖn ¸p phÇn øng cïng chiÒu nªn nÕu kh«ng m¾c thªm ®iÖn trë phô th× dßng ®iÖn phÇn øng sÏ rÊt lín (cì 2 lÇn dßng ®iÖn më m¸y). Ph¬ng tr×nh (8-27) còng cho thÊy r»ng dßng ®iÖn ë chÕ ®é nµy cã chiÒu ng îc víi chiÒu ë chÕ ®é ®éng c¬. Khi h·m ng îc, ®éng c¬ nhËn ®ång thêi c¬ n¨ng vµ ®iÖn n¨ng. TÊt c¶ n¨ng lîng nµy ®Òu bÞ tiªu hao díi d¹ng nhiÖt. Nh vËy ë chÕ ®é h·m 209
ngîc, ®éng c¬ g©y tæn thÊt n¨ng l îng lín. MÆt kh¸c do ¶nh h ëng cña tæn hao nhiÖt lín, ®éng c¬ cã nguy c¬ bÞ qu¸ nãng. - ChÕ ®é h·m ®éng n¨ng M¹ch phÇn øng ®îc c¾t ra khái líi ®iÖn råi khÐp kÝn qua ®iÖn trë h·m. §éng c¬ sÏ lµm viÖc nh mét m¸y ph¸t mµ t¶i cña nã chÝnh lµ ®iÖn trë h·m. ω ω0 B A I¦ Ikt M O E H×nh 8-18 . H·m ®é ng Wkt n ¨ng Rh C Gi¶ sö ®iÓm lµm viÖc ban ®Çu ë chÕ ®é ®éng c¬ lµ A h×nh 8-18. Khi thùc hiÖn c¸c biÖn ph¸p h·m ®éng n¨ng trªn, ®éng c¬ sÏ chuyÓn sang ®iÓm lµm viÖc B. T¹i B, m« men ®éng c¬ ®æi chiÒu trë thµnh m« men h·m lµm truyÒn ®éng gi¶m tèc ®é theo ®êng BO. NÕu m« men c¶n cã tÝnh chÊt kh¸ng th× ®éng c¬ sÏ dõng t¹i O. NÕu m« men c¶n cã tÝnh chÊt thÕ th× ®éng c¬ sÏ t¨ng tèc theo chiÒu ngîc l¹i ®Ó tíi ®iÓm lµm viÖc æn ®Þnh C. Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ vÉn cã d¹ng (8-10) víi ®iÖn ¸p phÇn øng b»ng 0 vµ cã thªm ®iÖn trë h·m: M ( R¦ + Rh ) ω=− ( CΦ ) 2 (8-28) DÔ tÝnh ®îc dßng ®iÖn phÇn øng ë chÕ ®é h·m ®éng n¨ng: CΦω E I¦ = = R¦ + Rh R¦ + Rh (8-29) M« men h·m tû lÖ víi dßng ®iÖn phÇn øng vµ tõ (8-29) cã thÓ thÊy ngay r»ng ®Ó h·m nhanh (m« men h·m lín) cÇn sö dông ®iÖn trë h·m nhá. Tuy nhiªn ®iÖn trë h·m còng cÇn ph¶i ®ñ lín ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn phÇn øng ë giíi h¹n cì 2,5 lÇn dßng ®iÖn ®Þnh møc. Trong chÕ ®é h·m ®éng n¨ng, c¬ n¨ng trªn trôc ® îc biÕn ®æi thµnh ®iÖn n¨ng råi thµnh nhiÖt n¨ng tiªu hao hÕt trong m¹ch phÇn øng vµ ®iÖn trë h·m. §Ó thùc hiÖn biÖn ph¸p h·m ®éng n¨ng võa tr×nh bµy cÇn duy tr× dßng ®iÖn kÝch tõ. Khi mÊt nguån ®iÖn kÝch tõ th êng thùc hiÖn biÖn ph¸p h·m ®éng n¨ng tù kÝch tõ víi c¸ch nèi cuén d©y kÝch tõ song song víi m¹ch phÇn øng. 210
b) §éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp Do cã tèc ®é kh«ng t¶i lý t ëng v« cïng lín nªn ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp chØ cã chÕ ®é h·m ngîc vµ h·m ®éng n¨ng. ChÕ ®é h·m ngîc ®îc thùc hiÖn b»ng c¸c biÖn ph¸p hoµn toµn gièng víi ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp. Thùc hiÖn h·m ®éng n¨ng ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp b»ng c¸ch duy tr× cÊp ®iÖn cho cuén kÝch tõ, c¾t m¹ch phÇn øng ra khái l íi ®iÖn vµ khÐp m¹ch nã qua ®iÖn trë h·m. §Æc tÝnh h·m ®éng n¨ng cña ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp gièng nh cña ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp. 3. §¶o chiÒu quay + + + + + + Wkt Wkt Wkt - - - - - - a) b) c) H×nh 8-19 . § é ng c¬ mé t chiÒu a) quay chiÒu thuËn b) quay §¶o chiÒu quay cña ®éng dßng phÇn øng, c) quay chiÒu ng-îc nhê b»ng hai c¸ch: c hiÒu ng-îc nhê ®¶o c¬ ®iÖn mét chiÒu cã thÓ thùc hiÖn ®¶o chiÒu tõ th«ng • ®¶o chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng, h×nh 8-19b); • ®¶o chiÒu tõ th«ng kÝch tõ, h×nh 8-19c). Trong thùc tÕ thêng dïng ph¬ng ph¸p ®¶o chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng ®Ó ®¶o chiÒu ®éng c¬. Ph¬ng ph¸p nµy cho phÐp rót ng¾n thêi gian ®¶o chiÒu. 8.2.2. §iÒu chØnh tèc ®é truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu 1. §iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng Thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng trong khi vÉn gi÷ tõ th«ng kh«ng ®æi sÏ nhËn ® - îc c¸c ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh song song nhau, h×nh 8-20. V× chØ thùc hiÖn ®iÒu chØnh víi ®iÖn ¸p nhá h¬n ®iÖn ¸p ®Þnh møc nªn tèc ®é chØ ® îc ®iÒu chØnh ë d¶i thÊp h¬n tèc ®é ®Þnh møc. Ph ¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy cã d¶i ®iÒu chØnh réng, ®iÒu chØnh ªm, ®é cøng ®Æc tÝnh kh«ng ®æi trong toµn d¶i ®iÒu chØnh. §Ó b¶o ®¶m chÊt lîng ®iÒu chØnh cÇn bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p v« cÊp vµ nh÷ng ω gi¶i ph¸p nh»m n©ng cao ®é cøng ®Æc tÝnh (ph¶n U1 >.tèc i®é, nph¶n håi ®iÖn ¸p U®m > håi . > >U U phÇn øng). tù nhiªn + U® Bé ® iÒu Wkt U m1 chØnh 211 Ui ® iÖn - ¸p M 0 H×nh 8-20 . § iÒu chØnh tè c ®é ®é ng c¬ kÝch tõ ®é c lËp, U = var
2. §iÒu chØnh ®iÖn trë phô phÇn øng Tèc ®é ®éng c¬ ®îc ®iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn trë ®iÒu chØnh m¾c ë m¹ch ω R®c1
3. §iÒu chØnh kÝch tõ Hä ®Æc tÝnh c¬ khi ®iÒu chØnh tõ th«ng kÝch tõ ®· tr×nh bµy ë môc 2.1.1. Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn trë trong m¹ch cuén d©y kÝch tõ Rp.kt, qua ®ã ®iÒu chØnh ®îc dßng ®iÖn kÝch tõ vµ tõ th«ng kÝch tõ cña ®éng c¬. ViÖc ®iÒu chØnh chØ theo h íng gi¶m tõ th«ng kÝch tõ nªn c¸c ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh sÏ cã tèc ®é kh«ng t¶i lý t ëng cao h¬n vµ mÒm h¬n so víi ®Æc tÝnh tù nhiªn (xem ph ¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ (8-10). Khi t¶i nhá, tèc ®é truyÒn ®éng ®iÖn sÏ t¨ng. Khi t¶i lín cã thÓ tèc ®é sÏ gi¶m, xem h×nh 8-23. Do tõ th«ng kÝch tõ gi¶m nªn kh¶ n¨ng t¶i cña ®éng c¬ còng gi¶m. ViÖc ®iÒu chØnh chØ t¸c ®éng tíi dßng ®iÖn kÝch tõ (nhá h¬n nhiÒu so víi dßng ®iÖn phÇn øng) nªn dÔ thùc hiÖn víi hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. ω Ikt®m >Ikt1 >Ikt2 >Ikt3 Rp.kt Ikt3 Ikt2 Ikt1 Wkt tù nhiªn 0 M H×nh 8-23 . §iÒu chØnh tè c ®é ®é ng c¬ kÝch tõ ®é c lËp, Ikt = v ar 8.3. TruyÒn ®éng ®iÖn xoay chiÒu 8.3.1. §Æc ®iÓm c¬ ®iÖn cña ®éng c¬ ®iÖn ba pha kh«ng ®ång bé 1. §Æc ®iÓm §éng c¬ ®iÖn ba pha kh«ng ®ång bé chiÕm kho¶ng 80% vÒ sè l îng vµ 50% vÒ tæng c«ng suÊt c¸c lo¹i m¸y ®iÖn. C¸c u ®iÓm næi bËt cña ®éng c¬ lo¹i nµy lµ cÊu t¹o ®¬n gi¶n, bÒn ch¾c díi t¸c ®éng cña m«i trêng, chi phÝ ®Çu t vµ vËn hµnh thÊp. Nhîc ®iÓm lín nhÊt cña nã lµ khã ®iÒu chØnh tèc ®é víi chÊt l îng cao. Tõ trêng lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn ba pha kh«ng ®ång bé quay víi tèc ®é 60 f n1 = p (8-30) 213
trong ®ã: f - tÇn sè dßng ®iÖn; p - sè ®«i cùc tõ cña cuén d©y stato. Khi lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬, roto cña ®éng c¬ sÏ quay víi tèc ®é nhá h¬n tèc ®é quay cña tõ trêng. Thêng dïng kh¸i niÖm ®é trît s ®Ó ®¸nh gi¸ sù chªch lÖch tèc ®é ®ã: n1 − n s= n1 (8-31) trong ®ã: n - tèc ®é quay cña roto; n1 - tèc ®é quay cña tõ trêng quay. Cã thÓ thay thÕ ®éng c¬ ®iÖn ba pha kh«ng ®ång bé b»ng m« h×nh m¹ch 1 pha nh h×nh 8-25. §iÖn trë R1 vµ R '2 ®Æc trng cho tiªu hao c«ng suÊt trªn ®iÖn trë cuén d©y stato vµ roto. §iÖn trë R 0 ®Æc trng cho tiªu hao c«ng suÊt cña ®éng c¬ khi kh«ng t¶i. C¸c ®iÖn kh¸ng X 1, X2 vµ X0 ®Æc trng cho qu¸ tr×nh tÝch phãng n¨ng lîng trong tõ trêng t¶n stato, roto vµ tõ tr êng chÝnh cña ®éng c¬. C«ng suÊt trªn ®iÖn trë gi¶ tëng R '2 (1-s)/s biÓu diÔn c«ng suÊt c¬ cña ®éng c¬. X1 R1 X’2 R’2 R0 R’2 (1- U1 s)/s X0 H×nh 8-24 . M« h×nh m¹ch cña ®é ng c¬ ba pha kh«ng ®ång bé 2. §Æc tÝnh c¬ Bëi v× gi÷a tèc ®é quay vµ ®é tr ît cã quan hÖ mét - mét, nªn th êng dïng quan hÖ m« men quay - ®é tr ît thay cho ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn ba pha kh«ng ®ång bé. Trong kü thuËt ®iÖn, tõ m« h×nh m¹ch cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc quan hÖ 3 U 1 R '2 2 [( ] M= (8- )( ) 2 2 sω1 R1 + R '2 s + X 1 + X '2 31) U1 - ®iÖn ¸p stato; ω1 - tèc ®é gãc cña tõ trêng quay. 214