intTypePromotion=1
ADSENSE

Giáo trình Truyền động điện (Dùng cho hệ TCCN): Phần 1

Chia sẻ: Lê Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

97
lượt xem
27
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 Giáo trình Truyền động điện gồm nội dung các bài học: Các đặc tính cơ và các trạng thái làm việc của động cơ điện, điều chỉnh tốc độ truyền động điện, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Tham khảo nội dung giáo trình để nắm bắt nội dung chi tiết.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Truyền động điện (Dùng cho hệ TCCN): Phần 1

  1. UBND TỈNH NAM ĐỊNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NAM ĐỊNH Chỉnh sửa: Giảng viên Trịnh Văn Tuấn GIÁO TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN (Dùng cho hệ TCCN) NĂM 2013-2014
  2. Trường cao đẳng nghề Nam Định Bài 1: CÁC ĐẶC TÍNH CƠ VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN. * Mục tiêu: Sinh viên nắm được sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động điện, đặc tính cơ của các động cơ điện, các trạng thái có thể xáy ra trong quá trình hệ thống làm việc. * Tóm tắt nội dung: Cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về đặc tính cơ, đặc tính cơ điện cách xây dựng các đặc tính trên; Khởi động và tính điện trở khởi động; Các trạng thái hãm của bốn loại động cơ: ­ Động cơ điện một chiểu kích từ độc lập ­ Động cơ điện một chiểu kích từ nối tiếp ­ Động cơ không đồng bộ ­ Động cơ đồng bộ 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG Như trong chương 1 đã nêu, quan hệ giữa tốc độ và mômen của động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ:  = f(M) hoặc n = f(M). Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất c = f(Mc) hoặc nc = f(Mc). Các đặc tính cơ trên có thể biểu diễn ở dạng hàm thuận hoặc hàm ngược, ví dụ M = f() hay n = f(M). Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ:  = f(I) hoặc n = f(M) Trong các biểu thức trên: ­ : Tốc độ góc, rad/s ­ n: Tốc độ quay, v/ph ­ M: Mômen, Nm Trong nhiều trường hợp để đơn giản trong tính toán hoặc dễ dàng so sánh, đánh giá chế độ làm việc của truyền động điện, người ta có thể dùng hệ đơn vị tương đối. Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng đơn vị tương đối ta lấy trị số của nó chia cho trị số cơ bản của đại lượng đó. Các đại lượng cơ bản thường được chọn: Uđm, Iđm, đm, Mđm, đm, Rcb. Với đại lượng tương đối ta dùng ký hiệu “*” ví dụ điện áp tương đối là U*, mômen tương đối là M*. M số thông số có thể tính được trong hệ đơn vị tương đối như sau: U U U*  hoặc U * %  100% U dm U dm Tương tự các thông số: Giáo trình Truyền động điện 1
  3. Trường cao đẳng nghề Nam Định I M  R   I*  ; M*  ; *  ; R*  ; *  ;*  I dm M dm dm Rcb dm 0 Việc chọn các đại lượng cơ bản là tùy ý, sao cho các biểu thức tính toán được thuận tiện như: ­ Tốc độ cơ bản của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ hỗn hợp và tốc độ không tải lý tưởng o, tốc độ của động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ là tốc độ đồng bộ 1. Còn đối với động cơ kích từ nối tiếp tốc độ cơ bản là đm ­ Trị số điện trở cơ bản là Rcb U dm Với các động cơ một chiều : Rcb  I dm Với các động cơ không đồng bộ thông thường điện kháng định mức ở mỗi pha của roto rất nhỏ so với tổng trở định mức nên ta có thể coi gần đúng là: E2 nm R2cb = 3.I 2 dm Trong đó: ­ E2nm: Sức điện động ngắn mạch của roto ­ I2đm: Dòng điện định mức ở mỗi pha roto Nếu mạch roto đấu tam giác thì điện trở định mức mỗi pha của roto là: 1 R2cb = R2cbY 2 1.2. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.2.1. Sơ đồ và đặc điểm Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi là Rf Rf động cơ kích từ song song. Giáo trình Truyền động điện 2
  4. Trường cao đẳng nghề Nam Định Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ một chiều kích từ độc lập. 1.2.2. Phương trình đặc tính cơ 1.2.2.1. Phương trình cân bằng điện áp Khi động cơ làm việc, rôto mang cuộn dây phần ứng quay trong từ trường của cuộn cảm nên trong cuộn ứng xuất hiện một sức điện động cảm ứng có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Theo sơ đồ nguyên lý trên hình 2.1 và hình 2.2, có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng (rôto) như sau: Uư = Eư + (Rư + Rp).Iư (2.1) Trong đó: ­ Uư : Điện áp phần ứng động cơ, (V) ­ Eư : Sức điện động phần ứng động cơ (V). ­ Rư : Điện trở cuộn dây phần ứng () ­ Rp : Điện trở phụ mạch phần ứng () ­ Iư : Dòng điện phần ứng động cơ (A) Rư = rư + rct + rcb + rcp (2.2) ­ rư: Điện trở cuộn dây phần ứng. ­ rct : Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp. ­ rcb : Điện trở cuộn bù. ­ rcp : Điện trở cuộn phụ. 1.2.2.2. Phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rôto: pN Eư =   K (2.3) 2a ­  : Từ thông qua mỗi cực từ (Wb) ­ p : Số đôi cực từ chính ­ N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng. ­ a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng ­ : Tốc độ góc của động cơ (rad/s) pN K= là hệ số kết cấu của động cơ. 2a Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eư = Ke..n (2.4) 2n n Và    (2.5) 60 9,55 pN Vì vậy: Eư = n (2.6) 60a Giáo trình Truyền động điện 3
  5. Trường cao đẳng nghề Nam Định pN Ke = ­ Hệ số sức điện động của động cơ 60a K Ke =  0,155K (2.7) 9,55 Từ phương trình (2.1) và phương trình (2.2) ta có: U u Ru  R f   Iu (2.8) K K là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ Mặt khác mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi: Mđt = K..Iu M dt Suy ra: Iư = K Thay giá trị Iư vào (2.8) ta được: U u Ru  R f   M dt (2.9) K ( K ) 2 Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M, nghĩa là Mđt = Mcơ = M U u Ru  R f   M (2.10) K ( K ) 2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên hình 2.3 là những đường thẳng.   a b 0 0 đm đm 0 Iđm Inm I 0 Mđm Mnm M Hình 2.3. Đặc tính cơ điện a) và đặc tính cơ b) của ĐC một chiều kích từ độc lập Theo các đồ thị trên, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có: Uu   0 (2.11) K o được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Còn khi  = 0 ta có: U Iu   I nm (2.12) Ru  R f Giáo trình Truyền động điện 4
  6. Trường cao đẳng nghề Nam Định và M = KInm = Mnm Inm và Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Mặt khác phương trình đặc tính cũng có thể được viết dưới dạng: Uu R   I u   o   (2.13) K K Uu R   M   o   (2.14) K ( K ) 2 Uu Trong đó: R = Ru  R f ;   K R R   Iu  M K ( K ) 2  được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M. Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ và đặc tính cơ điện trong hệ đơn vị tương đối, với điều kiện từ thông là định mức ( = đm) I M  R   Trong đó: I *  ; M*  ; *  ; R*  ; *  ;*  I dm M dm dm Rcb dm 0 U dm Rcb = được gọi là điện trở cơ bản I dm Ta viết đặc tính cơ và đặc tính cơ điện ở đơn vị tương đối:  *  1  R * .I * (2.15);  *  1  R * .M * (2.16) 1.2.3. Ảnh hưởng của các thông số đối với đặc tính cơ Phương trình đặc tính cơ (2.10) cho thấy, đường đặc tính cơ bậc nhất  = f(M) phụ thuộc vào các hệ số của phương trình, trong đó có chứa các thông số điện Uư, RƯ và . Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng thông số này. Khi xét đến ảnh hưởng của các thông số người ta thường chỉ cho một thông  số biến thiên, còn các thông số khác giữ nguyên ở 0 TN giá trị định mức. 1 Uđm a) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng 2 U1 Ta xét đến ảnh hưởng của điện áp phần ứng 3 U2 với các thông số như sau: 4 U3 U4 ­ Uư = var Mc 0 M, I ­  = đm Hình 2.5: Các đặc tính cơ giảm áp ­ R = Rư = const của ĐC một chiều kích từ độc lập Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm các thông số đặc tính cơ như sau: Giáo trình Truyền động điện 5
  7. Trường cao đẳng nghề Nam Định Ux + Tốc độ không tải: ox   var Kdm ( K ) 2 + Độ cứng đặc tính cơ:     const Ru + Mômen ngắn mạch: Mnm = KIư , mômen ngắn mạch giảm dần khi ta giảm điện áp phần ứng. Kết luận: Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng đặt vào động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên. Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. b) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng Ta xét ảnh hưởng điện trở phần ứng với các thông số như sau: ­ Uư = Uđm ­  = đm ­ R = Rư + Rf = var Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. Khi đó sẽ ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ. Cụ thể đến các thông số đặc tính cơ như sau: + Tốc độ không tải lý tưởng:  U dm 0 TN o   const K dm Rf=0 + Độ cứng của đặc tính cơ: Rf1 dM 1 ( K dm ) 2 Rf2    (2.17) Rf3 d d Ru  R f M dM 0 Mc Rf4 Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ Hình 2.4. Các đặc tính cơ càng dốc, ứng với Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên. của ĐC một chiều kích từ độc ( K dm ) 2 lập khi thay đổi (tăng) điện  TN   Ru (2.18) TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có đặc tính cơ cứng hơn tất cả các đặc tính cơ có điện trở phụ. Giáo trình Truyền động điện 6
  8. Trường cao đẳng nghề Nam Định Kết luận: Như vậy khi thay đổi điện trở phụ Rf ta có họ đặc tính biến trở có dạng như hình 2.4. Ứng với phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời điện trở ngắn mạch và mômen ngắn mạch càng giảm. Người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản. c. Ảnh hưởng của từ thông Ta xét ảnh hưởng của từ thông với các thông số như sau: ­ Uư = Uđm ­  = var ­ R = Rư = const Để thay đổi từ thông , ta phải thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc ở mạch kích từ của động cơ. Vì chỉ có thể tăng điện trở mạch kích từ nhờ Rkt nên từ thông kích từ chỉ có thể thay đổi về phía giảm so với từ thông định mức. Các thông số đặc tính cơ thay đổi như sau: U đm + Tốc độ không tải:  ox   var K x ( K x ) 2 + Độ cứng đặc tính cơ:     var Ru U dm + Dòng điện ngắn mạch: Inm =  const Ru + Mômen ngắn mạch: Mnm = KxInm=var Trường hợp này, cả tốc độ không tải lý tưởng và độ dốc đặc tính cơ đều thay đổi. Kết luận: Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì xo tăng, còn  sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với xo tăng dần và độ cứng của đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông. Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên.  a  b 02 2 02 2 01 1 01 1 0 đm (TN) 0 đm (TN) Mc 0 Inm I 0 Mnm2 Mnm1 Mnm M Hình 2.6: Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của ĐC một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông Giáo trình Truyền động điện 7
  9. Trường cao đẳng nghề Nam Định 1.2.4. Cách dựng đặc tính cơ a) Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên Vì đặc tính của động cơ là đường thẳng nên khi ta vẽ ta chỉ cần xác định hai điểm của đường thẳng. Ta thường chọn điểm không tải lý tưởng và điểm định mức. ­ Đặc tính cơ điện tự nhiên: Điểm thứ nhất: Iư = 0,  = o U dm o  (2.19) Kdm U dm  I dm .Ru K dm  (2.20)  dm ndm Điểm thứ hai: Iư = Iđm,  = đm với  dm  9,55 ­ Đặc tính cơ tự nhiên: Điểm thứ nhất: M = 0,  = o U dm U dm  I dm .Ru o  ; Kdm  Kdm dm Điểm thứ hai: M = Mđm,  = đm Pdm Trong đó: M dm  , N.m (2.21) dm  a  b 0 0 đm đm 0 Iđm I 0 Mđm M Hình 2.7: Cách vẽ đặc tính tự nhiên ĐC 1 chiều kích từ độc lập a) - Đặc tính cơ điện b) - Đặc tính cơ b) Cách vẽ đặc tính cơ nhân tạo Đặc tính biến trở: Các đặc tính biến trở đều bị đi qua điểm không tải lý tưởng o, vì vậy khi vẽ các đặc tính này chỉ cần xác định điểm thứ 2. Thường chọn là điểm ứng với tải định mức. Đối với đặc tính cơ điện:  ứng với Iđm Đối với đặc tính cơ:  ứng với Mđm Từ phương trình đặc tính cơ điện tự nhiên ta có: Giáo trình Truyền động điện 8
  10. Trường cao đẳng nghề Nam Định U dm  I dm .Ru  dmtn  Kdm Và từ phương trình đặc tính biến trở tính được: U dm  I dm .( Ru  R f )  dmnt  (2.22) K dm  dmtn Lập tỉ số : và sau khi biến đổi ta được:  dmnt U dm  I dm .( Ru  R f )  dmnt   dmtn . (2.23) U dm  I dm .Ru Từ các số liệu đã biết trên ta vẽ được các đặc tính biến trở (hình 2.8).   a b 0 TN 0 TN đm đm btđm btđm 0 Iđm I 0 Mđm M Hình 2.8: Cách vẽ đặc tính biến trở (a) - Đặc tính cơ điện (b) - Đặc tính cơ Thông thường giá trị điện trở phần ứng Rư không ghi trên nhãn máy. Do vậy lúc đó ta có thể tính gần đúng giá trị Rư . Một trong các phương pháp tính gần đúng là dựa vào giá trị hiệu suất định mức đã biết đm và tính được tổn thất của máy điện ở chế độ định mức. Coi gần đúng tổn thất do điện trở phần ứng gây ra bằng một nửa tổn thất. Như vậy ta tính gần đúng giá trị điện trở phần ứng là: U dm Rư = 0,5.(1 ­ đm). (2.24) I dm c) Cách vẽ đặc tính giảm áp Đặc tính giảm áp là một họ các đường thẳng song song với đường đặc tính tự nhiên nên để vẽ được đặc tính giảm áp ta vẽ đặc tính tự nhiên sau đó xác định 0. Từ 0 vẽ đường thẳng song song với đặc tính tự nhiên. 0x = Ux/(Kđm) Giáo trình Truyền động điện 9
  11. Trường cao đẳng nghề Nam Định  (a)  (b) 0 TN 0 TN đm đm 01 01 02 02 0 Iđm I 0 Mđm M Hình 2.9: Cách vẽ đặc tính giảm áp (a) - Đặc tính cơ điện (b) - Đặc tính cơ d) Cách vẽ đặc tính giảm từ thông Như phần trên đã nêu khi giảm từ thông, đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ không đồng nhất với nhau. Do vậy cần xem xét riêng từng loại đặc tính. Đặc tính cơ điện   Khi giảm từ thông tốc độ không tải lý 0x tưởng của động cơ tăng tỉ lệ với độ giảm từ đm 0 thông. Còn dòng điện ngắn mạch Inm không x đổi. Vì vậy khi vẽ đặc tính cơ điện ta cần xác định hai điểm: Điểm không tải lý tưởng ứng I với giá trị suy giảm từ thông và điểm còn lại 0 Inm là dòng ngắn mạch Inm ­ Gọi độ suy giảm từ thông là Hình 2.10: Đặc tính cơ điện khi giảm từ thông dm  (2.25)  Ta có ox = oTN. là giá trị tốc độ không tải khi giảm từ thông. ­ Dòng điện ngắn mạch Inm được tính :  U 0x I nm  udm (2.26) x Ru 0 Đặc tính cơ đm Cách vẽ đặc tính cơ giảm từ thông cũng tương tự như đặc tính cơ điện nhưng thay giá trị Inm không đổi ở đặc tính cơ điện bằng giá M trị mômen ngắn mạch thay đổi. 0 Mđm Mnmx Mnmđm M nmdm Hình 2.11. Đặc tính cơ khi giảm M nm  (2.27)  từ thông Giáo trình Truyền động điện 10
  12. Trường cao đẳng nghề Nam Định 1.2.5. Khởi động và tính toán điện trở khởi động 1.2.5.1. Yêu cầu, sơ đồ và đặc điểm khi khởi động a) Yêu cầu: Nếu khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp đóng trực tiếp thì ban đầu tốc độ động cơ còn bằng 0 nên dòng khởi động ban đầu rất lớn (Inm = Uđm/R− ≈ 20­25Iđm). Như vậy nó đốt nóng động cơ và gây sụt áp lưới điện. Hoặc làm cho sự chuyển mạch khó khăn, hoặc mômen mở máy quá lớn sẽ tạo ra các xung lực động làm hệ truyền động bị giật, lắc, không tốt về mặt cơ học, hại máy và có thể gây nguy hiểm như: gãy trục, vỡ bánh răng, đứt cáp, đứt xích... Tình trạng càng xấu hơn nếu như hệ TĐĐ thường xuyên phải mở máy, đảo chiều, hãm điện thường xuyên như ở máy cán đảo chiều, cần trục, thang máy... Để đảm bảo an toàn cho máy tránh khỏi các nguy hiểm ở trên, thường chọn: Ikđbđ = Inm ≤ Icp = 2,5Iđm Muốn thế, người ta thường đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng ngay khi bắt đầu khởi động, và sau đó thì loại dần chúng ra để đưa tốc độ động cơ lên xác lập. b) Sơ đồ:  i Uư 0 A a TN  1K 2K 3K b Iư c d nt Eư e rf1 rf2 rf3 m f g CKT RKT h UKT 0 Ic I2 I1 I Hình 2.12. Sơ đồ nối dây ĐC kích từ độc Hình 2.13. Đặc tính khởi động qua 3 lập khởi động qua 3 cấp Rf cấp điện trở phụ c) Đặc điểm Trị số của điện trở phụ tổng mắc trong mạch khởi động được chọn sao cho khi khởi động ( = 0) thì dòng điện khởi động không vượt quá 2,5Iđm để đảm bảo an toàn cho động cơ và các cơ cấu truyền động. Ngoài ra Inm cũng không nên quá nhỏ khiến Mnm cũng nhỏ đi so với mômen cản. Thông thường: U dm I nm   (2  2,5) I dm (2.28) Ru R f Khi tốc độ tăng lên dòng điện phần ứng giảm dần theo biểu thức: Giáo trình Truyền động điện 11
  13. Trường cao đẳng nghề Nam Định U dm  K I (2.29) Ru  R f Muốn cho quá trình tăng tốc độ được tiến hành đều đặn và để cho động cơ làm việc ổn định ở tốc độ cao trên đặc tính tự nhiên ta phải cắt dần các điện trở phụ. Việc cắt dần các điện trở phụ nhờ có các tiếp điểm 1K, 2K, 3K của các công tắc tơ. Quá trình khởi động của động cơ sẽ làm việc trên một loạt đặc tính nhân tạo có độ dốc giảm dần tương ứng với việc cắt dần các điện trở phụ tại các điểm g,e,c. Cuối cùng động cơ tăng tốc độ trên đặc tính tự nhiên và làm việc ổn định tại điểm A. Tại đó dòng điện động cơ bằng dòng tải (I = Ic). 1.2.5.2. Các phương pháp xác định điện trở khởi động Muốn xác định trị số điện trở phụ khởi động có thể dùng các phương pháp sau: a) Phương pháp đồ thị * Các điều kiện ban đầu: ­ Cho động cơ và các thông số động cơ ­ Dựa vào yêu cầu khởi động ­ Biết rằng khi làm việc động cơ tồn tại hai loại quán tính là quán tính cơ học và quán tính điện. * Các bước xác định điện trở khởi động ­ Dựa vào các thông số của động cơ vẽ đặc tính cơ tự nhiên. ­ Chọn hai giới hạn chuyển dòng điện khởi động động cơ. I1  22,5 Iđm; I2  1,11,3 Iđm ­ Lấy giá trị I1, I2 trên trục hoành, từ I1, I2 kẻ hai đường dóng song song với trục tung cắt đường đặc tính tự nhiên tại a và b, nối o với h (I1) ta được đặc tính khởi động đầu tiên. Đặc tính này cắt đường dóng I2 tại g. Tại g ta cắt bớt điện trở phụ. Do quán tính điện vô cùng nhỏ, và quán tính cơ lớn nên điểm làm việc chuyển sang điểm f (f là giao điểm của đường đường song song với trục hoành cắt đường dóng I1). Nối o với f ta được đường đặc tính khởi động thứ hai…cứ tiếp tục như vậy tới khi từ c kẻ đường song song với trục hoành sẽ gặp điểm b. Nếu điều kiện này không thỏa mãn ta phải chọn lại I1,I2 rồi vẽ lại cho đến khi đạt được. Ngoài ra đặc tính khởi động còn phải đảm bảo số cấp khởi động yêu cầu. ­ Xác định giá trị của các điện trở khởi động: Dựa vào biểu thức của độ sụt tốc độ  trên các đặc tính đã vẽ ứng với một dòng điện, ví dụ I1: Ru TN  I1 (2.30) K Giáo trình Truyền động điện 12
  14. Trường cao đẳng nghề Nam Định Ru  R f  NT 1  I1 (2.31) K  NT 1 Ru  R f 1 Lập tỉ số =  (2.32) TN Ru Từ đó rút ra:  NT 1  TN Rf1  Ru (2.33) TN Qua đồ thị ta có: id  ib bd Rf1  Ru  Ru (2.34) ib ib Tương tự như vậy: if  id df ih  if fh Rf 2  Ru  Ru ; R f 3  Ru  Ru ib ib ib ib b) Phương pháp giải tích * Các điều kiện ban đầu: ­ Cho động cơ và các thông số động cơ ­ Cho số cấp điện trở phụ ­ Dựa vào yêu cầu khởi động ­ Biết rằng khi làm việc động cơ tồn tại hai loại quán tính là quán tính cơ học và quán tính điện * Các bước xác định điện trở khởi động ­ Xác định bội số dòng điện khởi động  Điện trở phụ ở mỗi cấp ta cũng ký hiệu là Rf1, Rf2,...Rfm và điện trở tổng ứng với mỗi đặc tính là: R1 = Rư + Rf1 R2 = Rư + Rf1+ Rf2 ... (2.35) Rm­1 = Rư + Rf1+ Rf2...+ Rf(m­1) Rm = Rư + Rf1+ Rf2...+ Rfm Tại điểm g trên hình 2.13 ta có: U dm  Edm I2  (2.36) Rm U dm  Edm Tại điểm f: I1  (2.37) Rm 1 Trong đó Em là sức điện động của động cơ ứng với m, lập tỉ số I1/I2 ta có: Giáo trình Truyền động điện 13
  15. Trường cao đẳng nghề Nam Định I1 R  m I 2 Rm 1 Tương tự với các cấp tiếp theo ta được: I1 R R R  m  m1  ...  1   I 2 Rm1 Rm2 Ru  gọi là bội số dũng điện khởi động. Từ đó rút ra: R1 = Rư R2 = 2 Rư ... (2.38 a) Rm = mRư Biểu thức (2.38 a) cho thấy: Rm U m  m dm (2.38 b) R­ R ­ I1 Trong đó: Rm = Uđm/I1 Trong hệ đơn vị tương đối: 1 1 m m (2.38 c) R * I *1 R *­ M *1 Trong đó: R *­  R ­ / R cb , I1*  I1 / I dm  M / M dm  M1* (với  =  đm) ­ Xác định số cấp điện trở khởi động m Nếu biết , Rm, Rư ta xác định được số cấp điện trở khởi động m: Rm 1 1 lg lg * * lg * * R­ R ­ I1 R ­ M1 m   (2.38 d) lg  lg  lg  Trị số từng cấp điện trở khởi động được tính như sau: Rf1 = R1 ­ Rư = Rư ­ Rư = (­1)Rư Rf2 = R2 ­ R1 = 2Rư ­ Rư = (­1)Rư (2.38 e) ..... Rfm = Rm ­ Rm­1 = mRư ­ m­1 Rư = m­1(­1)Rư * Các trường hợp có thể ứng dụng phương pháp giải tích để xác định điện trở khởi động: - Khi cho trước số cấp điện trở khởi động m và yêu cầu khởi động nhanh (mở máy cưỡng bức): Giáo trình Truyền động điện 14
  16. Trường cao đẳng nghề Nam Định + Chọn giới hạn dòng điện khởi động I1 là dòng lớn nhất cho phép: I1 = 2,5Iđm và tính Rm = Uđm/(2,5Iđm). + Tính  theo biểu thức (2.38 c). + Xác định các trị số điện trở khởi động theo biểu thức (2.38 e).: Rf1, Rf2, ... ­ Khi cho trước số cấp điện trở khởi động m, chế độ khởi động bình thường. + Chọn giới hạn dòng điện chuyển khi khởi động: I2 = (1,11,3)Iđm + Xác định  từ (2.38 b) hoặc (2.38 c) bằng cách thay I1 = I2 U dm   m 1 R­ I2 + Xác định trị số các điện trở khởi động theo biểu thức (2.38 e). - Khi cần xác định số cấp khởi động m và trị số các điện trở khởi động theo các điều kiện khởi động cho trước. + Dựa vào các yêu cầu của truyền động và yêu cầu khởi động chọn các giá trị I1, I2, M1, M2. + Tính  dựa vào biểu thức (238b). + Tính số cấp khởi động m theo (2.38d). Nếu m không phải là số nguyên thì chọn lại I1, M1 hoặc I2, M2 rồi tính lại cho đến khi m là số nguyên.  Ih ođ + Xác định trị số điện trở khởi o I động ở mỗi cấp theo (2.38 e) U E U 1.2.6. Đặc tính cơ trong các trạng E thái hãm Định nghĩa: Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược Mc M chiều tốc độ quay. Trong tất cả các trạng thái hãm, động cơ đều làm việc ­o ở chế độ máy phát. Động cơ điện một chiều kích từ Hình 2.14. Đặc tính hãm tái sinh của động cơ độc lập có ba trạng thái hãm: Hãm tái một chiều kích từ độc lập sinh, hãm ngược và hãm động năng. 1.2.6.1 Hãm tái sinh (hãm trả năng lượng về lưới) a)Định nghĩa: Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng. b) Quá trình hãm: Giáo trình Truyền động điện 15
  17. Trường cao đẳng nghề Nam Định Khi hãm tái sinh Eư > Uư. So với chế độ động cơ, dòng điện và mômen hãm đã đổi chiều và được xác định theo biểu thức: U u  Eu Ko  K Ih   0 R R  M Nâng tải Mh = KIh o M Vì sơ đồ đấu dây của mạch động M cơ vẫn không thay đổi nên phương  Mc trình đặc tính cơ tương tự như 2.7, ­o nhưng mômen có giá trị âm. o® Hạ tải Đường đặc tính cơ ở trạng thái Hình 2.15. Đặc tính hãm tái sinh khi hạ tải hãm tái sinh nằm trong góc phần tư của động cơ một chiều kích từ độc lập thứ 2, và thứ tư của mặt phẳng tọa độ. Trong trạng thái hãm tái sinh dòng điện hãm đổi chiều và công suất được đưa trả về lưới điện có giá trị P = (E­U).I. Đây là phương pháp hãm tái sinh kinh tế nhất vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích. Trong thực tế cơ cấu nâng hạ của cầu trục, khi nâng động cơ được đấu vào nguồn theo cực tính thuận và làm việc trên đặc tính cơ nằm trong góc phần tư thứ nhất. Khi muốn hạ tải ta phải đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Lúc này nếu mômen do trọng tải gây ra lớn hơn mômen ma sát trong các bộ phận chuyển động của cơ cấu, động cơ điện sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh. Khi hạ tải để hạn chế dòng điện khởi động ta đóng thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Tốc độ động cơ tăng dần lên, khi tốc độ gần đạt đến giá trị o ta cắt điện trở phụ, động cơ tăng tốc độ trên đường đặc tính tự nhiên. Khi tốc độ vượt quá tốc độ không tải lý tưởng o mômen điện từ của động cơ đổi dấu trở thành mômen hãm đến điểm A mômen Mh = Mc , tải trọng được hạ với tốc độ ổn định ôđ trong trạng thái hãm tái sinh. b) Kết luận: Năng lượng được trả lại lưới điện, động cơ lúc này làm việc như một máy phát. Hãm tái sinh xảy ra trong hai trường hợp: ­ Tại các cần trục, máy nâng khi hạ tải trọng nặng. ­ Ở các hệ truyền động điều chỉnh khi giảm điện áp nguồn Uư, nghĩa là giảm đột ngột tốc độ không tải lý tưởng o khi tốc độ  chưa kịp giảm. Giáo trình Truyền động điện 16
  18. Trường cao đẳng nghề Nam Định 1.2.6.2 Hãm ngược a) Định nghĩa: Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ra khi phần ứng dưới tác dụng của động năng tích lũy  Nâng tải o trong các bộ phận chuyển động hoặc do mômen a b thế năng quay ngược chiều với mômen điện từ của động cơ. Mômen sinh ra bởi động cơ, khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất. c Mc Có hai trường hợp hãm ngược: M(I) M b) Đưa điện trở phụ đủ lớn vào mạch phần ứng với tải Mc hằng số mang tính chất thế năng  Mc Giả sử động cơ đang làm việc nâng tải với tốc o® d độ xác lập ứng với điểm a. Ta đưa một điện trở Hạ tải Hình 2.16. Đặc tính hãm ngược phụ đủ lớn vào mạch phần ứng, động cơ sẽ của ĐCMCKTĐL chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở. Tại điểm b mômen do động cơ sinh ra nhỏ hơn mômen cản trên động cơ giảm tốc độ nhưng tải vẫn theo chiều nâng lên. Đến điểm c tốc độ động cơ bằng 0 nhưng vì mômen động cơ nhỏ hơn mômen tải nên dưới tác động của tải trọng, động cơ quay theo chiều ngược lại. Tải trọng được hạ xuống với tốc độ tăng dần. Đến điểm d mômen động cơ cân bằng với mômen cản nên hệ ổn định với tốc độ hạ không đổi ôđ, cd là đoạn đặc tính hãm ngược. Khi hãm ngược thì tốc độ đổi chiều, sức điện động đổi dấu nên: U u  Eu U  K Ih    0 ; M = KIh Ru  R f Ru  R f Vì sơ đồ nối dây của động cơ không thay đổi, nên phương trình đặc tính cơ là phương trình đặc tính biến trở. c) Đảo chiều điện áp phần ứng Giả sử động cơ làm việc tại điểm a trên đặc tính cơ tự nhiên với tải Mc ta đảo chiều điện áp phần ứng và đưa thêm vào điện trở phụ Rf trong mạch. Động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính biến trở. Tại b mômen đã đổi chiều quay chống lại chiều quay của động cơ nên tốc độ giảm theo đoạn bc. Tại c tốc độ bằng 0, nếu ta cắt phần ứng khỏi điện áp nguồn thì động cơ sẽ dừng lại, còn nếu vẫn giữ điện áp nguồn đặt vào động cơ và tại điểm c, M > Mc thì động cơ sẽ quay ngược lại và làm việc ổn định tại điểm d. Đoạn bc là đặc tính hãm ngược. Giáo trình Truyền động điện 17
  19. Trường cao đẳng nghề Nam Định + Rh ­ T N RH N T o a b (a) E E I U Mc RKT c Mc M ođ Ckt d Ukt (b) ­o + ­ Hình 2.17. Sơ đồ đấu dây (a) và đặc tính hãm ngược(b) của ĐCMT kích từ độc lập  U u  Eu U  Eu Dòng điện hãm được tính: Ih   (2­39) Ru  R f Ru  R f M = KIh Biểu thức (2­39) biểu thị dòng điện Ih có chiều ngược với chiều làm việc ban đầu và dòng điện hãm này có thể khá lớn. Do đó điện trở phụ đưa vào phải có giá trị đủ lớn hạn chế dòng điện hãm ban đầu Ihđ trong phạm vi cho phép. Ihđ  22,5 Iđm Và phương trình đặc tính cơ có dạng: U u Ru  R f   M (2­40) K ( K ) 2 d) Kết luận: Như vậy ở đặc tính hãm ngược sức điện động tác dụng cùng chiều với điện áp lưới. Động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện biến điện năng nhận từ lưới và cơ năng trên trục thành nhiệt năng đốt nóng điện trở tổng của mạch phần ứng vì vậy tổn thất năng lượng lớn. 1.2.6.3 Hãm động năng a) Định nghĩa: Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích lũy trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt. Có hai loại hãm động năng: b) Hãm động năng kích từ độc lập. Khi động cơ đang quay muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ khỏi lưới điện một chiều, và đóng vào một điện trở hãm, còn mạch Giáo trình Truyền động điện 18
  20. Trường cao đẳng nghề Nam Định kích từ vẫn nối với nguồn như cũ. Mạch điện động cơ khi hãm động năng được trình bày trên hình Tại thời điểm ban đầu, tốc độ động cơ vẫn có giá trị hđ nên Ehđ = Khđ Và dòng điện hãm ban đầu:  Ehd Khd I hd   (2­41) Ru  Rh Ru  Rh Tương ứng có mômen hãm ban đầu: M hđ = KI hđ < 0 (2­42) Biểu thức (2­41) và (2­42) chứng tỏ I hđ, M hđ ngược chiều với tốc độ ban đầu của động cơ khi hãm động năng Uư = 0 nên ta có phương trình đặc tính sau: Ru  Rh  Iu (2­43) K Ru  R f  M (2­44) (K ) 2 Đây là phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập được biểu diễn trên hình 2­18. Ta cũng nhận thấy rằng: U­ (a) (b)  K K H b2 b1 o a Rh Rh2 Rh1 Ih E Mhđ2 Mhđ1 0 Mc M(I) RKT ođ2 c2 ođ1 c1 CKT Ukt + ­ Hình 2.18. Sơ đồ đấu dây (a) và đặc tính hãm động năng kích từ độc lập (b) của ĐCMC kích từ độc lập Khi  = const thì độ cứng của đặc tính cơ phụ thuộc vào Rh . Khi Rh càng nhỏ đặc tính cơ càng cứng, mômen hãm càng lớn hãm càng nhanh. Tuy nhiên cần chọn Rh sao cho dòng hãm ban đầu nằm trong giới hạn cho phép: Ihđ  22,5 Iđm Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng ta thấy với mômen cản Mc là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẳn, đặc tính hãm động năng là đoạn o 1b hoặc o2b. Với mômen tải Mc là thế năng thì dưới tác dụng của tải sẽ kéo động cơ quay theo chiều ngược lại Giáo trình Truyền động điện 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2