Giáo trình Truyền động điện (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

Chia sẻ: Hoatudang09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Truyền động điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Các bộ biến đổi; Các phần tử điều khiển; Các mạch điều khiển động cơ điện thường gặp; Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 2 dưới đây.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Truyền động điện (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

Bài 3 Các mạch điều khiển động cơ điện thường gặp Mục tiêu -Hiểu được nguyên lý, chức năng các thông số cuả bộ điều chỉnh -Xây dựng đặc tính cơ của các động cơ điện một chiều (DC), động cơ điện không đồng bộ, động cơ điện đồng bộ. -Phân tích được các trạng thái làm việc của các loại động cơ; -So sánh được đặc tính của các loại động cơ, phạm vi ứng dụng của các động cơ dùng trong truyền động điện. -Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, lắng nghe, ghi chép đầy đủ 3.1.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Đặc tính của động cơ điện một chiều, các trạng thái khởi động và hãm Như trong bài 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 có thể biểu diễn ở dạng hàm ngược, ví dụ M = f() hay M = f(n). 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 lực của động cơ:  = f(I) hoặc n = f(I). 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. 113
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*. Các thông số có thể tính được trong hệ đơn vị tương đối như sau: U U*  hoặc U * %  U 100% U dm U dm Tương tự các thông số: I*  I ; M *  M ;  *   ; R *  R ;  *   ; hoặc  *   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 cơ bản 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 rôto 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: - E2đm: sức điện động ngắn mạch của rôto; - I2đm: dòng điện định mức ở mỗi pha rôto. Nếu mạch rôto đấu tam giác thì điện trở định mức mỗi pha của rôto là: 1 R2cb = R2cbY 2 114
3.1.1.Sơ đồ và đặc điểm Khi nguồn điện một chiều có công suất lớn hơn nhiều lần công suất của động cơ và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ song song. Khi nguồn điện một v Hình 3.1 sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song 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. 3.1.2.Phương trình đặc tính cơ Khi động cơ làm việc, rôto mang cuộn dây phần ứng quay trong từ trường của cuộn cảm (cuộn kích từ) 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 = Eu + (Ru + Rp).Iu (2.1) Trong đó: - Uu: sức điện động phần ứng động cơ (V); - Ru: điện trở phần ứng động cơ(); - Rp: điện trở phụ mạch phần ứng (); - Iu: dòng điện phần ứng động cơ (A). Ru = ru + rct + rcb + rcp (2.2) - ru: điện trở cuộn dây phần ứng; 115
- rct: điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp; - rcb: điện trở cuộn bù; - rcp: điện trở cuộn phụ. * Phương trình đặc tính cơ điện: Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rôto: pN Eu =   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 Đặt 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: Eu = Ke..n (2.4) 2n n Và    (2.5) 60 9,55 pN Vì vậy: Eu = n (2.6) 60a pN Ke = - hệ số sức điện động của động cơ, 60a K Ke =  0,155K (2.7) 9,55 U u Ru  R f Vậy ta có:    I u (2.8), là phương trình đặc tính cơ điện của động K K cơ * Phương trình đặc tính cơ: Mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi: Mđt = K..Iu 116
M dt Suy ra: Iu = K Thay giá trị Iu 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. Theo các đồ thị trên, khi Iu = 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    a  b 0 0   đm đm 0 I I I 0 M M M nm đm nm đm Hình 3.2 đặc tính động cơ điện 117
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) Trong đó: I *  I ; M *  M ;  *   ; R *  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)   T 0  N U 1  đm U 1 2  U 2 3  U 4 3 U M 4 M 0 c , I của Hình 3.3 các đặc tính có giảm áp động cơ điện kích từ độc lập 118
3.2. 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 Uu, Ru 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 giá trị định mức. a) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng Ta xét đến ảnh hưởng của điện áp phần ứng với các thông số như sau: Uu = var,  = đm, R = Ru = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm các thông số đặc tính cơ như sau: Ux + Tốc độ không tải:  ox   var giảm; K dm ( K ) 2 + Độ cứng đặc tính cơ:     const ; Ru + Mômen ngắn mạch: Mnm = KIu , 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. Do đó, phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. Ảnh hưởng của điện trở phần ứng Ta xét ảnh hưởng điện trở phần ứng với các thông số như sau: Uu = Uđm,  = đm, R = Ru + Rf = var Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f 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: 119
U dm o   const Kdm + Độ cứng của đặc tính cơ: dM 1 ( Kdm ) 2    (2.17) d d Ru  R f dM Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc, ứng với Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên. ( K dm ) 2  TN   (2.18) Ru TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên là đặc tính cơ cứng hơn tất cả các đặc tính cơ có điện trở phụ.   T 0 N R f=0 R f1 R f2 R f3 M M R 0 Hình 3.4 các đặc tính cơccủa động f4 cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện trở Kết luận: Như vậy, khi thay đổi điện trở phụ Rf ta có họ đặc tính biến trở có dạng như hình 2.5. 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 dưới tốc độ cơ bản. Ảnh hưởng của từ thông Ta xét ảnh hưởng của từ thông với các thông số như sau: Uu = Uđm ,  = var, R = Ru = const 120
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 R kt 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 chỉ 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   đm (TN)  1 đm (TN) 0 0 M c 0 I I 0 M M M M nm nm2 nm1 nm Hình 3.5 Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của ĐC một chiều kích từ m độc lập khi giảm từ thông 3.2.1. Cách dựng đặc tính cơ a.Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên 121
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: Iu = 0,  = o U dm o  (2.19) Kdm U dm  I dm .Ru Kdm  (2.20)  dm ndm Điểm thứ hai: Iu = 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 I I 0 M M Hình 3.6 Cách đm vẽ đặc tính tự nhiên ĐC 1 chiều kích đm từ độc lập b.Cách vẽ đặc tính cơ nhân tạo * Đặc tính biến trở: các đặc tính biến trở đều 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 122
Đối với đặc tính cơ:  ứng với Mđm Từ phương trình đặc tính cơ điện tự nhiên ta có: 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). Thông thường giá trị điện trở phần ứng Ru không ghi trên nhãn máy. Do vậy lúc đó ta có thể tính gần đúng giá trị Ru. 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 Ru = 0,5.(1 - đm). (2.24) I dm    a T  b T 0  N N 0  đm đm   đmnt đmnt 0 I I 0 M M đm đm 123
 (  (  a) b) T  T  N  0  0 N đm đm  01  01  02 02 0 I I 0 M M đm đm Hình 3.7 các đường đặc tính khác 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 0x Từ 0x vẽ đường thẳng song song với đặc tính tự nhiên. 0x = Ux/(Kđm) 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 tưởng của động cơ tăng tỉ lệ với độ giảm từ thông. Còn dòng điện ngắn mạch Inm không đổi. Vì vậy khi vẽ đặc tính cơ điện ta cần xác định hai điểm: điểm không tải lý tưởng ứng với giá trị suy giảm từ thông và điểm còn lại là dòng ngắn mạch Inm Gọi độ suy giảm từ thông là: dm  (2.25)  Ta có ox = otn. là giá trị tốc độ không tải khi giảm từ thông. 124
- Dòng điện ngắn mạch Inm được tính:  U udm I nm  (2.26)  Ru  0x x Đặc tính cơ  0  Cách vẽ đặc tính cơ giảm từ thông cũng đm tương tự như đặc tính cơ điện nhưng thay giá trị Inm không đổi ở đặc tính cơ điện bằng giá trị M mômen ngắn mạch thay đổi. 0 M M M M nmdm M nm  (2.27) đm nmx Hình 3.8 Đặc tính cơ khi nmđm  giảm từ thông 3.3. Vận hành động cơ điện một chiều kích từ độc lập 3.3.1.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 bằng 0 nên dòng khởi động ban đầu rất lớn, I nm = Uđm/R− ≈ (20-25)Iđm. Như vậy nó làm phát 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: 125
 i  A TN Uư 0 a  1K b c  2K 3K d Iư E e nt ư  rf1 rf2 rf3 f m g CKT RKT h 0 I I I I c 2 1 UKT Hình 3.10 Đặc tính khởi động Hình 3.9 Sơ đồ nối dây ĐC kích từ qua 3 cấp điện trở phụ độc lập khởi động qua 3 cấp Rf 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. 3.3.2. 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 2,5I đm 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 và làm chậm quá trình khởi động, 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: U dm  K I (2.29) Ru  R f 126
Muốn cho quá trình tăng tốc độ được nhanh 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 (Iu = Ic). * 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 định mức 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 hai điều kiện: đường dóng song song trên cùng phải cắt đặc tính tự nhiên đúng tai b và số đăc tính biến trở bằng số cấp khởi động yêu cầu. - Xác định giá trị của các điện trở khởi động: 127
Dựa vào biểu thức của độ sụt tốc độ  trên các đặc tính đã vẽ ứng với một dòng điện, ví dụ I1: Ru Ru  R f TN  I1 (2.30);  NT 1  I1 (2.31) K 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 Rf 1  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 yêu cầu: m ; - 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 = Ru + Rf1 R2 = Ru + Rf1+ Rf2 128
... (2.35) Rm-1 = Ru + Rf1+ Rf2...+ Rf(m-1) Rm = Ru + Rf1+ Rf2...+ Rfm Tại điểm g trên hình 2.13 ta có: U dm  Edm I2  (2.36) Rm Tại điểm f: I1  U dm  Edm (2.37) Rm 1 Trong đó Em là sức điện động của động cơ ứng với m, lập tỉ số I1/I2 ta có: I1 R  m , tương tự với các cấp tiếp theo ta được: I 2 Rm 1 I1 R R R  m  m1  ...  1   ,  gọi là bội số dòng điện khởi động. I 2 Rm1 Rm2 Ru Từ đó rút ra: R1 = Ru R2 = 2Ru ... (2.38a) Rm = mRu Biểu thức (2.38a) cho thấy: Rm U (2.38b) m  m dm R- R - I1 Trong đó: Rm = Uđm/I1 Trong hệ đơn vị tương đối: 1 1 (2.38c) m * * m R I1 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, Ru ta xác định được số cấp điện trở khởi động m: 129
Rm 1 1 lglg * * lg * * R- R - I1 R - M1 (2.38d) m   lg  lg  lg  Trị số từng cấp điện trở khởi động được tính như sau: Rf1 = R1 - Ru = Ru - Ru = (-1)Ru Rf2 = R2 - R1 = 2Ru - Ru = (-1)Ru (2.38e) ..... Rfm = Rm - Rm-1 = mRu - m-1 Ru = m-1(-1)Ru * 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): + 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 (2.38c). + Xác định các trị số điện trở khởi động theo biểu thức (2.38e).: 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 (2.38b) hoặc (2.38c) bằng cách thay I1 = I2 U dm   m 1 R- I2 + Xác định trị số các điện trở khởi động theo biểu thức (2.38e). - 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. 130
+ Xác định trị số điện trở khởi động ở mỗi cấp theo (2.38e) Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm Định nghĩa: hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều tốc độ quay. Trong tất cả các trạng thái hãm, động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng. a. Hãm tái sinh (hãm trả năng lượng về lưới) Định nghĩa: Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng. Quá trình hãm: Khi hãm tái sinh Eu > Uu. 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 Mh = KIh o Vì sơ đồ đấu dây của mạch động cơ vẫn không thay đổi nên phương trình đặc tính cơ tương tự như 2.7, nhưng mômen có giá trị âm. Đường đặc tính cơ ở trạng thái hãm tái sinh nằm trong góc phần tư 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 = (E-U).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 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 ta đóng thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Tốc độ động cơ tăng dần lên, khi 131
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 “Hạ tải” mômen Mh = Mc, tải trọng được hạ với tốc độ ổn định ôđ trong trạng thái hãm tái sinh. Kết luận: Năng lượng được trả lại lưới điện, động cơ lúc này làm việc như một máy phát mắc song song với nguồn điện. Hãm tái sinh xảy ra trong hai trường hợp: - Tại các cầu trục, máy nâng khi hạ tải trọng nhẹ. - Ở các hệ truyền động điều chỉnh hãm tái sinh xảy ra khi giảm điện áp nguồn Uu, nghĩa là giảm đột ngột tốc độ không tải lý tưởng o khi tốc độ  do quán tính chưa kịp giảm. b. Hãm ngược Định nghĩa: Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ra khi phần ứng dưới tác dụng của động năng tích lũy trong các bộ phận chuyển động hoặc do mômen 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. Có hai trường hợp hãm ngược: Đưa điện trở phụ đủ lớn vào mạch phần ứng với tải Mc hằng số mang tính chất thế năng Giả sử động cơ đang làm việc nâng tải với tốc độ xác lập ứng với điểm a. Ta đưa một điện trở phụ đủ lớn vào mạch phần ứng, động cơ sẽ 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 nên 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 thế năng 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: 132