Giáo trình Truyền động điện tự động - Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện - ThS. Khương Công Minh

112 trang phuongnguyen 330

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Truyền động điện tự động - Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện - ThS. Khương Công Minh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_truyen_dong_dien_tu_dong_chuong_2_dac_tinh_co_cua.pdf

Nội dung text: Giáo trình Truyền động điện tự động - Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện - ThS. Khương Công Minh

Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đ 2.2. ĐặC TíNH CƠ CủA động cơ một chiều Ch−ơng 2: kích từ độc lập (ĐMđl) ĐặC TíNH CƠ CủA Động cơ điện 2.2.1. Sơ đồ nối dây của ĐMđl và ĐMss: Đ 2.1. KHáI NIệM CHUNG Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (ĐMđl): nguồn một chiều cấp cho phần ứng và cấp cho kích từ độc lập nhau. Ch−ơng 1 đã cho ta thấy, khi đặt hai đ−ờng đắc tính cơ M(ω) và Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không M (ω) lên cùng một hệ trục tọa độ, ta có thể xác định đ−ợc trạng thái c đổi thì có thể mắc kích từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ lamg việc của động cơ và của hệ (xem hình 1-2 và hình 1-3): trạng đ−ợc gọi là động cơ điện một chiều kích từ song song (ĐMss). thái xác lập khi M = Mc ứng với giao điểm của hai đ−ờng đặc tính M(ω) và M (ω); hoặc trạng thái quá độ khi M ≠ M tại những vùng có c c + U - + U - ω ≠ ω ; trạng thái động cơ thuộc góc phần t− thứ nhất và thứ ba; hoặc kt xl Rktf trạng thái hãm thuộc góc phần t− thứ hai và thứ t−. Ckt Rktf Ikt Khi phân tích các hệ truyền động, ta th−ờng coi máy sản xuất đã R−f Ikt E cho tr−ớc, nghĩa là coi nh− biết tr−ớc đặc tính cơ Mc(ω) của nó. Vậy R−f muốn tìm kiếm một trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu I− E nh− tốc độ, mômen, dòng điện động cơ v ta phải tạo ra những đặc I− + U− - tính cơ của động cơ t−ơng ứng. Muốn vậy, ta phải ta phải nắm vững a) b) các ph−ơng trình đặc tính cơ và các đặc tính cơ của các loại động cơ Hình 2-1: a) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập. điện, từ đó hiểu đ−ợc các ph−ơng pháp tạo ra các đặc tính cơ nhân tạo phù hợp với máy sản xuất đã cho và điều khiển động cơ sao cho có b) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ song song. đ−ợc các trạng thái làm việc theo yêu cầu công nghệ. Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số 2.2.2. Các thông số cơ bản của ĐMđl: liệu định mức của nó. Trong nhiều tr−ờng hợp ta coi đặc tính này nh− Các thông số định mức: loạt số liệu cho tr−ớc. Mặt khác nó có thể có vô số đặc tính cơ nhân tạo có đ−ợc do biến đổi một hoặc vài thông số của nguồn, của mạch nđm(vòng/phút); ωđm(Rad/sec); Mđm(N.m hay KG.m); Φđm(Wb); điện động cơ, hoặc do thay đổi cách nối dây của mạch, hoặc do dùng f (Hz); P (KW); U (V); I (A); thêm thiết bị biến đổi. Do đó bất kỳ thông số nào có ảnh h−ởng đến đm đm đm đm hình dáng và vị trí của đặc tính cơ, đều đ−ợc coi là thông số điều Các thông số tính theo các hệ đơn vị khác: khiển động cơ, và t−ơng ứng là một ph−ơng pháp tạo đặc tính cơ nhân ω* = ω/ω ; M* = M/M ; I* = I/I ; Φ* = Φ/Φ ; R* = R/R ; tạo hay đặc tính điều chỉnh. đm đm đm đm đm R = U /I ; Ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng cb đm đm, thuận M = f(ω) hay dạng ng−ợc ω = f(M). ω%; M%; I%; Trang 20 Trang 21 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.2.3. Ph−ơng trình đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của ĐMđl: U R + R ω = ổ − ổ ổf I (2-4) Theo sơ đồ hình 2-1a và hình 2-1b, có thể viết ph−ơng trình cân Kφ Kφ ổ bằng điện áp của mạch phần ứng nh− sau: Đây là ph−ơng trình đặc tính cơ - điện của động cơ một chiều U− = E + (R− + R−f).I− (2-1) kích từ độc lập. Trong đó: Mặt khác, mômen điện từ của động cơ đ−ợc xác định: U− là điện áp phần ứng động cơ, (V) Mđt = KφI− (2-5) E là sức điện động phần ứng động cơ (V). Khi bỏ qua tổn thất ma sát trong ổ trục, tổn thất cơ, tổn thất thép p.N thì có thể coi: Mcơ ≈ Mđt ≈ M E = ⋅ φ⋅ω = Kφ⋅ω (2-2) 2πa Mõt M Suy ra: I− = ≈ (2-6) p.N Kφ Kφ K = là hệ số kết cấu của động cơ. 2πa Thay giá trị I− vào (2-4), ta có: Hoặc: E = Keφ.n (2-3) U R + R U R ω = ổ − ổ ổf M = ổ − ổΣ M (2-7) 2πn n Kφ (Kφ)2 Kφ (Kφ)2 Và: ω = = 60 9,55 Đây là ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. K Vậy: K = = 0,105.K e 9,55 Có thể biểu diễn đặc tính cơ d−ới dạng khác: ω = ω0 - ∆ω (2-8) R− là điện trở mạch phần ứng, R− = r− + rctf + rctb + rtx , (Ω). U ổ Trong đó: r− là điện trở cuộn dây phần ứng của động cơ (Ω). Trong đó: ω = gọi là tốc độ không tải lý t−ởng. (2-9) 0 Kφ Rctf là điện trở cuộn dây cực từ phụ của động cơ (Ω). R là điện trở cuộn dây cực từ bù của động cơ (Ω). ctb R + R R R là điện trở tiếp xúc giữa chổi than với cổ góp của ổ ổf ổΣ ctb ∆ω = 2 = 2 gọi là độ sụt tốc độ. (2-10) động cơ (Ω). (Kφ) (Kφ) R−f là điện trở phụ mạch phần ứng. Từ các ph−ơng trình đặc tính cơ điện (2-4) và ph−ơng trình đặc tính cơ (2-8) trên, với giả thiết phần ứng đ−ợc bù đủ và φ = const thì I là dòng điện phần ứng. − ta có thể vẽ đ−ợc các đặc tính cơ - điện (hình 2-2a) và đặc tính cơ Từ (2-1) và (2-2) ta có: (hình 2-2b) là những đ−ờng thẳng. Trang 22 Trang 23 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Từ (2-7) ta xác định đ−ợc độ cứng đặc tính cơ : ω ω dM (Kφ)2 β = = − (2-14) ω0 ω0 dω R ổ + R ổf ω TN đm ωđm TN Đối với đặc tính cơ tự nhiên: ω ω 2 nt nt (Kφ ) NT NT dm βtn = − (2-15) R ổ * 1 Iđm Inm I− Mđm Mnm M Và: β = − (2-16) tn R* a) b) − Hình 2-2: a) Đặc tính cơ - điện động cơ một chiều kích từ độc lập. Nếu ch−a có giá trị R− thì ta có thể xác định gần đúng dựa vào b) Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập. giả thiết coi tổn thất trên điện trở phần ứng do dòng điện định mức gây ra bằng một nửa tổn thất trong động cơ: Đặc tính cơ tự nhiên (TN) là đặc tính cơ có các tham số định Uõm mức và không có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ: R ổ = 0,5.(1− ηõm ) ,Ω (2-17) Iõm U ổõm R ổõm ω = − 2 M (2-11) * Ví dụ 2-1: Kφõm (Kφõm ) Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơ điện một Đặc tính cơ nhân tạo (NT) là đặc tính cơ có một trong các tham chiều kích từ độc lập có các số liệu sau: số khác định mức hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ. Động cơ làm việc dài hạn, công suất định mức là 6,6KW; điện Khi ω = 0, ta có: áp định mức: 220V; tốc độ định mức: 2200vòng/phút; điện trở mạch phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26Ω; điện U ổ Iổ = = Inm (2-12) trở phụ đ−a vào mạch phần ứng: 1,26Ω. R ổ + R ổf * Giải: U Và: M = ổ ⋅ Kφ = I ⋅ Kφ = M (2-13) a) Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên: R + R nm nm ổ ổf Đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 điểm: là điểm định mức Trong đó: Inm - gọi là dòng điện (phần ứng) ngắn mạch [Mđm; ωđm] và điểm không tải lý t−ởng [M = 0; ω = ω0]. Hoặc điểm không tải lý t−ởng [M = 0; ω = ω0] và điểm ngắn mạch [Mnm; ω = 0]. Mnm - gọi là mômen ngắn mạch Hoặc điểm định mức [M ; ω ] và điểm ngắn mạch [M ; ω = 0]. Trang 24 đm đm nm Trang 25 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Tốc độ góc định mức: b) Xây dựng đặc tính cơ nhân tạo có R−f = 0,78Ω: n 2200 Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ không ω = õm = = 230,3 rad/s õm 9,55 9,55 tải lý t−ởng không thay đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo (có R−f = 0,78Ω) qua các điểm không tải lý t−ởng [0; ω0] và điểm t−ơng Mômen (cơ) định mức: ứng với tốc độ nhân tạo [Mđm; ωnt]: Põm .1000 6,6.1000 ω (rad/s) M õm = = = 28,6 Nm ωõm 230,3 241,7 Nh− vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm là 230,3 c điểm định mức: [28,6 ; 230,3]. 183,3 d Từ ph−ơng trình đặc tính cơ tự nhiên ta tính đ−ợc: Uõm − Iõm .R ổ 220 − 35.0,26 Kφõm = = = 091 Wb ωõm 230,3 0 28,6 Tốc độ không tải lý t−ởng: M (Nm) Hình 2 - 3: Đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo U 220 ω = õm = ≈ 241,7 rad/s 0 Ta tính đ−ợc giá trị mômen (cơ) định mức: Kφõm 0,91 P .1000 6,6.1000 Ta có điểm thứ hai của đặc tính [0; 241,7] và nh− vậy ta có thể M = õm = = 28,66 Nm dựng đ−ợc đ−ờng đặc tính cơ tự nhiên nh− đ−ờng c trên hình 2 - 3. õm ωõm 230,3 Ta có thể tính thêm điểm thứ ba là điểm ngắn mạch [Mnm; 0] Và tính tốc độ góc nhân tạo: Udm 220 U − (R + R ).I M nm = Kφ.I nm = Kφ ⋅ = 0,91⋅ = 770 Nm õm ổ ổf õm ωnt = R− 0,26 Kφ õm Vậy ta có tọa độ điểm thứ ba của đặc tính cơ tự nhiên [770; 0]. 220 − (0,26 +1,26).35 = = 183,3 rad/s Độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên có thể xác định theo biểu thức 0,91 (2-15) hoặc xác định theo số liệu lấy trên đ−ờng đặc tính hình 2-3. Ta có tọa độ điểm t−ơng ứng với tốc độ nhân tạo [28,66; 183,3] dM ∆M 0 − M 28,6 õm Vậy ta có thể dựng đ−ợc đ−ờng đặc tính cơ nhân tạo có điện trở βtn = = = = = 2,5 Nm.s dω ∆ω ω0 − ωõm 241,7 − 230,3 phụ trong mạch phần ứng nh− đ−ờng d trên hình 2 - 3. Trang 26 Trang 27 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.2.4. Đặc tính cơ khi khởi động ĐMđl và Nếu điểm cuối cùng gặp đặc tính TN mà không trùng với giao điểm của đặc tính cơ TN và I = const thì ta phải chọn lại I hoặc I rồi tính điện trở khởi động: 1 1 2 tiến hành lại từ đầu. 2.2.4.1. Khởi động và xây dựng đặc tính cơ khi khởi động: + ω + Nếu khởi động động cơ ĐMđl bằng ph−ơng pháp đóng trực U - − ω tiếp thì dòng khởi động ban đầu rất lớn: I = U /R ≈ (10 ữ 20)I , 0 h kđbđ đm − đm R XL TN nh− vậy nó có thể đốt nóng động cơ, hoặc làm cho sự chuyển mạch Ckt ktf ω e khó khăn, hoặc sinh ra lực điện động lớn làm phá huỷ quá trình cơ học 2 d Ikt 2 của máy. ω1 c K2 K1 b + Để đảm bảo an toàn cho máy, th−ờng chọn: 1 e a I = I ≤ I = 2,5I (2- kđbđ nm cp đm I− R R 0 I I I I 18) −f2 −f1 c 2 1 − a) b) + Muốn thế, ng−ời ta th−ờng đ−a thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng ngay khi bắt đầu khởi động, và sau đó thì loại dần chúng ra Hình 2-3: a) Sơ đồ nối dây Đmđl khởi động 2 cấp, m = 2 để đ−a tốc độ động cơ lên xác lập. Đm b) Các đặc tính khởi động đl, m = 2. U I’ = I’ = õm = (2ữ2,5)I ≤ I ; (2-19) 2.2.4.2. Tính điện trở khởi động: kđbđ nm R + R đm cp ổ ổf a) Ph−ơng pháp đồ thị: * Xây dựng các đặc tính cơ - điện khi khởi động ĐMđl: Dựa vào biểu thức của độ sụt tốc độ ∆ω trên các đặc tính cơ ứng với một giá trị dòng điện (ví dụ I1 ) ta có: - Từ các thông số định mức (Pđm; Uđm; Iđm; nđm, ηđm; ) và thông số tải (Ic; Mc; Pc; ), số cấp khởi động m, ta vẽ đặc tính cơ tự nhiên. R ổ R ổ + R ổf ∆ωTN = I1; ∆ωNT = I1 ; (2-20) - Xác định dòng điện khởi động lớn nhất: Imax = I1 = (2ữ2,5)Iđm Kφ Kφ - Xác định dòng điện khởi động nhỏ nhất: Imin = I2 = (1,1ữ1,3)Ic ∆ωNT − ∆ωTNi Rút ra: R ổfi = R ổ ; (2-21) - Từ điểm a(I 1) kẽ đ−ờng aω0 nó sẽ cắt I2 = const tại b; từ b kẽ ∆ωTN đ−ờng song song với trục hoành nó cắt I = const tại c; nối cω nó sẽ 1 0 Qua đồ thị ta có: cắt I2 = const tại d; từ d kẽ đ−ờng song song với trục hoành thì nó cắt I1 = const tại e; ha − he ae R = R = R ; Cứ nh− vậy cho đến khi nó gặp đ−ờng đặc tính cơ tự nhiên tại ổf1 he ổ he ổ điểm giao nhau của đặc tính cơ TN và I = const, ta sẽ có đặc tính khởi 1 T−ơng tự nh− vậy: động abcde XL. Trang 29 Trang 28 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động hc − he ce I1 R1 R 2 R m−1 R m R ổf 2 = R ổ = R ổ ; Vậy: λ = = = = = = (2-25) he he I2 R 2 R 3 R m R ổ Điện trở tổng ứng với mỗi đặc tính cơ: Rút ra: R1 = R− + R−f (1) = R− + (R−f 1 + R−f 2) R m = λR ổ ⎫ R2 = R− + R−f (2) = R− + (R−f 2) 2 ⎪ R m−1 = λR m = λ R ổ ⎪ b) Ph−ơng pháp giải tích: ⎪ ⎬ (2-26) Giả thiết động cơ đ−ợc khởi động với m cấp điện trở phụ. Đặc R = λR = λm−1R ⎪ tính khởi động đầu tiên và dốc nhất là đ−ờng 1 (hình 2-3b), sau đó đến 2 3 ổ ⎪ cấp 2, cấp 3, cấp m, cuối cùng là đặc tính cơ tự nhiên:: m ⎪ R1 = λR 2 = λ R ổ ⎭ Điện trở tổng ứng với mỗi đặc tính cơ: + Nếu cho tr−ớc số cấp điện trở khởi động m và R1, R− thì ta tính R1 = R− + R−f (1) = R− + (R−f 1 + R−f 2 + + R−f m) đ−ợc bội số dòng điện khi khởi động: R2 = R− + R−f (2) = R− + (R−f 1 + R−f 2 + + R−f m-1) R1 Uõm Uõm λ = m = m = m+1 (2-27) R ổ R ổ .I1 R ổ .I2 Rm-1 = R− + (R−f m-1 + R−f m) Trong đó: R1 = Uđm/I1; rồi thay tiếp I1 = λI2. Rm = R− + (R−f m) + Nếu biết λ, R , R ta xác định đ−ợc số cấp điện trở khởi động: Tại điểm b trên hình 2-3b ta có: 1 − lg(R1 / R ổ ) Uõm − E1 m = (2-28) I2 = (2-22) lg λ R1 * Trị số các cấp khởi động đ−ợc tính nh− sau: Tại điểm c trên hình 2-3b ta có: R = R − R = (λ −1).R ⎫ UEđm - 1 ổfm m ổ ổ I1 = (2-23) ⎪ R2 R ổfm−1 = R m−1 − R m = λ(λ −1).R ổ ⎪ ⎪ Trong quá trình khởi động, ta lấy: ⎬ (2-29) m−2 ⎪ I R ổf 2 = R 2 − R 3 = λ (λ −1).R ổ 1 = λ = const (2-24) ⎪ m−1 ⎪ I2 R ổf1 = R1 − R 2 = λ (λ −1).R ổ ⎭ Trang 30 Trang 31 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động * Ví dụ 2-2: Giá trị dòng khởi động thấp hơn giá trị cho phép, nghĩa là số liệu đã tính là hợp lý. Cho động cơ kích từ song song có các số liệu sau: Pđm = 25KW; * Uđm = 220V; nđm = 420vg/ph; Iđm = 120A; R− = 0,08. Khởi động hai cấp điện trở phụ với tần suất 1lần/1ca, làm việc ba ca, mômen cản quy + - ω U− đổi về trục động cơ (cả trong thời gian khởi động) M ≈ 410Nm. Hảy ω0 h c R XL TN xác định các cấp điện trở phụ. Ckt ktf ω e 2 d * Giải: Ikt 2 ω1 c K2 K1 b Tr−ớc hết ta xác định các số liệu cần thiết của động cơ: 1 e Điện trở định mức: Rđm = Uđm/Iđm = 220V/120A = 1,83Ω. a I * − R−f2 R−f1 0 Ic I2 I1 I− Điện trở phần ứng: R− = R− .Rđm = 0,08.1,83 = 0,146Ω. a) b) Tốc độ góc định mức: ωđm = nđm/ 9,55 = 420/ 9,55 = 44 rad/s. Hình 2-4: a) Sơ đồ nối dây Đm khởi động 2 cấp, m = 2 Từ thông của động cơ và hệ số kết cấu của nó: đl b) Các đặc tính khởi động Đmđl, m = 2: Uõm − R ổ .Iõm 220 − 0,146.120 Đ−ờng 1 có: R1 = R− + R−f1 + R−f2 Kφõm = = = 4,6 Wb Đ−ờng 2 có: R2 = R− + R−f2 ωõm 44 Đ−ờng TN có: R3 = R− φ ≈ Dòng điện phụ tải: Ic = Mc/K đm = 410/4,6 = 89A 0,74Iđm. Với tần suất khởi động ít, dòng điện và mômen phụ tải nhỏ hơn Theo (2-26) ta xác định đ−ợc các cấp điện trở tổng với hai định mức, nên ta coi tr−ờng hợp này thuộc loại khởi động bình th−ờng đ−ờng đặc tính nhân tạo: với số cấp khởi động cho tr−ớc m = 2, dùng biểu thức (2-27), chọn tr−ớc giá trị I2: R1 = λR− = 2,5.0,146 = 0,365 Ω I2 = 1,1.Ic = 1,1.89A = 98 A R2 = λR1 = 2,5.0,365 = 0,912 Ω Ta tính đ−ợc bội số dòng điện khởi động: Và các điện trở phụ của các cấp sẽ là: R−f1 = R1 - R− Uõm 220 λ = m+1 = 2+1 ≈ 2,5 R ổ .I2 0,146.98 = 0,365 - 0,146 = 0,219 Ω R−f2 = R2 - R−f1 - R− Kiểm nghiệm lại giá trị dòng điện I1: = 0,912 - 0,219 - 0,146 = 0,547 Ω I1 = λ.I2 = 2,5.98A = 245A ≈ 2Iđm Trang 32 Trang 33 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.2.5. Các đặc tính cơ khi hãm ĐMđl: Vì E > U−, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với trạng thái động cơ : Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ng−ợc chiều với tốc độ, hay còn gọi là chế độ máy phát. Động cơ điện một chiều U ổ − E kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: Iổ = Ih = ω0). Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn + Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (U−2 U−, động cơ làm việc nh− một máy phát song song với l−ới và trả năng l−ợng về nguồn, lúc này thì dòng hãm và Mc là dạng mômen thế năng (Mc = Mtn). Khi giảm điện áp nguồn đột mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ. ngột, nghĩa là tốc độ ω0 giảm đột ngột trong khi tốc độ ω ch−a kịp giảm, do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải Khi hãm tái sinh: lý t−ởng (ω > ω02). Về mặt năng l−ợng, do động năng tích luỹ ở tốc độ U − E Kφω − Kφω ⎫ cao lớn sẽ tuôn vào trục động cơ làm cho động cơ trở thành máy phát, I = ổ ổ = 0 ω0: lúc này máy sản xuất nh− là nguồn ω U 02 động lực quay rôto động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát −2 HTS E2 B năng l−ợng trả về nguồn. M 0 M M ω hbđ c Ih 0 U 0 điện áp phần ứng động cơ (U−2 ⏐- ω0⏐). Về mặt năng l−ợng, do thế năng tích luỹ ở trên cao Hình 2- 5a: Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ. lớn sẽ tuôn vào động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng l−ợng trả lại nguồn, hình 2-5c. Trang 34 Trang 35 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trong thực tế, cơ cấu nâng hạ của cầu trục, thang máy, thì khi UE−−+ UK− + φω ⎫ nâng tải, động cơ truyền động th−ờng làm việc ở chế độ động cơ I h = = ⎪ RR+ RR+ (2-31) (điểm A hình 2-5c), và khi hạ tải thì động cơ làm việc ở chế độ máy −−f−−f⎬ ⎪ phát (điểm B hình 2-5c). MKhh= φI ⎭ ω ω U− I U− I− − E E− ω + - ω0 0 A U− B A ω (Nâng) bđ M Rktf ω Ckt (+R−f) Mc Mc M I kt D M M M HTS nm c R−f -ω0 HN (Hạ) B e ωôđ E Mh ωôđ Ih I− ω U− Ih Mc -U E − -E a) b) − Hình 2-6a: a) Sơ đồ hãm ng−ợc bằng cách thêm R . Hình 2- 5c: Hãm tái sinh khi đảo chiều −f b) Đặc tính cơ khi hãm ng−ợc bằng thêm R−f. điện áp phần ứng động cơ (+U− ⇒ -U−). Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ 2.2.5.2. Hãm ng−ợc: hơn mômen cản (MB < Mc) nên tốc độ động cơ giảm dần. Khi ω = 0, động cơ ở chế độ ngắn mạch (điểm D trên đặc tính có R ) nh−ng Hãm ng−ợc là khi mômen hãm của động cơ ng−ợc chiều với tốc −f mômen của nó vẫn nhỏ hơn mômen cản: Mnm < Mc; Do đó mômen cản độ quay (M↑↓ω). Hãm ng−ợc có hai tr−ờng hợp: của tải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ng−ợc và tải trọng sẽ hạ xuống, a) Đ−a điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng: (ω < 0, đoạn DE trên hình 2-6a). Tại điểm E, động cơ quay theo chiều hạ tải trọng, tr−ờng hợp này sự chuyển động cử hệ đ−ợc thực hiện nhờ Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đ−a thêm R−f lớn vào mạch thế năng của tải. phần ứng thì động cơ sẽ chuyển sang điểm B, D và làm việc ổn định ở b) Hãm ng−ợc bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng: điểm E (ωôđ = ωE và ωôđ↑↓ωA) trên đặc tính cơ có thêm R−f lớn, và đoạn DE là đoạn hãm ng−ợc, động cơ làm việc nh− một máy phát nối Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng tiếp với l−ới điện, lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu nên: (vì dòng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào để hạn chế) thì: Trang 36 Trang 37 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Động cơ sẽ chuyển sang điểm B, C và sẽ làm việc xác lập ở D Ph−ơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng: nếu phụ tải ma sát. Đoạn BC là đoạn hãm ng−ợc, lúc này dòng hãm và R + R mômen hãm của động cơ: ω = − ổ h M (2-34) (Kφ)2 − U ổ − Eổ U ổ + Kφω ⎫ Ih = = − < 0 ⎪ Tại thời điểm hãm ban đầu, tốc độ hãm ban đầu là ωhđ nên sức R ổ + R ổf R ổ + R ổf ⎬ (2-32) ⎪ điện động ban đầu, dòng hãm ban đầu và mômen hãm ban đầu: M h = KφIh < 0 ⎭ Ehd = Kφωhd ⎫ Ph−ơng trình đặc tính cơ: ⎪ Ehd Kφωhd ⎪ − U R + R Ihd = − = − < 0 ⎬ (2-35) ổ ổ ổf R + R R + R ω = − 2 M (2-33) ổ h ổ h ⎪ Kφ (Kφ) ⎪ M hd = KφIhd < 0 ⎭ ω + - U− I− U− ω E− ω 0 + B A U - U− I− E− ωbđ ω0 E− Rktf Ckt HN B2 B1 ωbđ A Ih ’ Ckt Rktf -U− M Ikt c R C h1 Mc M Ikt HĐN R D ω h2 R ôđ M M 0 −f e bđ2 bđ1 Mc M e ω C - I ôđ2 2 I− − R ωôđ1 C a) b) h 1 Hình 2-6b: a) Sơ đồ hãm ng−ợc bằng cách đảo chiều U . − a) b) b) Đặc tính cơ khi hãm ng−ợc bằng cách đảo U−. Hình 2-7a: a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập. 2.2.5.3. Hãm động năng: (cho U− = 0) b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập. a) Hãm động năng kích từ độc lập: Động cơ đang làm việc với l−ới điện (điểm A), thực hiện cắt Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng ta thấy rằng nếu mômen phần ứng động cơ ra khỏi l−ới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh, do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó cản là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẵn (các đoạn B10 hoặc B20), làm việc nh− một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện còn nếu mômen cản là thế năng thì d−ới tác dụng của tải sẽ kéo động trở hãm và điện trở phần ứng. cơ quay theo chiều ng−ợc lại (ωôđ1 hoặc ωôđ2). Trang 38 Trang 39 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động b) Hãm động năng tự kích từ : 2.2.6. Các đặc tính cơ khi đảo chiều ĐMđl: Động cơ đang làm việc với l−ới điện (điểm A), thực hiện cắt cả Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận phần ứng và kích từ của động cơ ra khỏi l−ới điện và đóng vào một trên đặc tính cơ tự nhiên thuận với tải Mc: điện trở hãm R , do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động h U R cơ vẫn quay và nó làm việc nh− một máy phát tự kích biến cơ năng − đm − đm ω =- 2 M (2-37) thành nhiệt năng trên các điện trở. Kφđm ()Kφđm Ph−ơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ: Với M = Mc thì ω = ωA = ωThuận R + R + R Muốn đảo chiều động cơ, ta có thể đảo chiều điện áp phần ứng ω = − ổ kt h M (2-36) (Kφ)2 hoặc đảo chiều từ thông kích từ động cơ. Th−ờng đảo chiều động cơ ω bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng. Khi đảo chiều điện áp phần + ứng thì ω đảo dấu, còn ∆ω thì không đảo dấu, đặc tính cơ khi quay U - U− I− 0 ω0 E− ng−ợc chiều: B2 B1 A ωhbđ − U R + R Ckt ω = ổ − ổ ổf M (2-38) HĐN R 2 h1 Kφ(I ) [Kφ(I )] Ikt Rh2 ổ ổ M M 0 M M ω e hđ1 hđ2 c + - M ωôđ2 C2 U− I− ω ω ω 0 Rh ôđ1 C1 A ωôđ R Ckt ktf a) b) (ĐCth) M ’ Ikt c Hình 2-7b: a) Sơ đồ hãm động năng tự kích từ. M M b) Đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ . c (ĐCng) R−f e -ωôđ Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng tự kích từ ta thấy rằng I A’ - trong quá trình hãm, tốc độ giảm dần và dòng kích từ cũng giảm dần, − M do đó từ thông của động cơ cũng giảm dần và là hàm của tốc độ, vì ω vậy các đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ giống nh− đặc tính a) b) không tải của máy phát tự kích từ. Hình 2-8: a) Sơ đồ hãm ng−ợc bằng cách đảo U−. So với ph−ơng pháp hãm ng−ợc, hãm động năng có hiệu quả hơn b) Đặc tính cơ khi hãm ng−ợc bằng cách đảo U−. khi có cùng tốc độ hãm ban đầu, nhất là tốn ít năng l−ợng hơn. Động cơ quay ng−ợc chiều t−ơng ứng với điểm A’ trên đặc tính cơ tự nhiên bên ng−ợc, hoặc trên đặc tính cơ nhân tạo. Trang 40 Trang 41 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động * Ví dụ 2-3: Điểm làm việc tr−ớc khi hãm là điểm định mức A, có: Động cơ làm việc dài hạn, công suất định mức là 6,6KW; điện I− = Iđm = 35A, t−ơng ứng mômen định mức Mđm; áp định mức: 220V; tốc độ định mức: 2200vòng/phút; điện trở mạch ω = ω = 230,3rad/s (xem ví dụ 2-1) phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26Ω; A đm Sức điện động của động cơ tr−ớc khi hãm sẽ là: Tr−ớc khi hãm động cơ làm ở điểm định mức A(M = Mđm , ω = ωđm); Hãy xác định trị số điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng động cơ để Ebđ = EA = Uđm - I−.R− hãm động năng kích từ độc lập với yêu cầu mômen hãm lớn nhất Ebđ = 220 - 35.0,26 = 210,9V Mh.max = 2Mđm. Sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập nh− trong hình 2-9a. Từ hình 2-9b ta thấy, mômen (và dòng điện) hãm lớn nhất sẽ có * Giải: đ−ợc tại thời điểm ban đầu của quá trình hãm, ngay khi chuyển đổi mạch điện từ chế độ động cơ trên đặc tính cơ tự nhiên sang mạch điện Sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập hình 2-9a khi đó làm việc ở chế độ hãm động năng kích từ độc lập (điểm B): đảm bảo từ thông động cơ trong quá trình hãm là không đổi: φ = φđm. Ih.max = Ih.bđ Hoặc Mh.max = Mh.bđ ω + U - U− I− Vì φ = φđm nên mômen động cơ tỉ lệ thuận với dòng điện động ω0 E− cơ khi hãm, do đó để đảm bảo điều kiện Mh.max = 2Mđm thì: B ωbđ A Rktf Ckt Ih.bđ = 2Iđm = 2.35 = 70A HĐN R h Ikt KTĐL Điện trở tổng trong mạch phần ứng động cơ đ−ợc xác định theo (2-34): M 0 e h.max Mc M I− Kφω KφωA EA R ωôđ C R ổΣ = = = h I I I ổ h.bõ h.bõ 210,9 a) b) R = = 3,01Ω ổΣ 70 Hình 2-9: a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập. Vậy điện trở hãm phải đấu vào phần ứng động cơ khi hãm động b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập. năng kích từ độc lập sẽ là: Đặc tính cơ của động cơ tr−ớc khi hãm là đặc tính cơ tự nhiên, Rh = R−Σ - R− và khi chuyển sang đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập (đoạn Rh = 3,01 - 0,26 = 2,75 Ω. B0 trên hình 2-9b). Trang 42 Trang 43 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động T−ơng tự ĐM , từ các ph−ơng trình trên ta rút ra: Đ 2.3. ĐặC TíNH CƠ CủA động cơ một chiều đl kích từ NốI TIếP (ĐM ) Và HỗN HợP (ĐM ) U R + R ổf nt hh ω = − I (2-41) kφ kφ 2.3.1. Sơ đồ nối dây của ĐMnt : Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (ĐM ): nguồn một U R + R nt ω = − ổf M (2-42) chiều cấp chung cho phần ứng nối tiếp với kích từ. kφ (kφ)2 φ Từ thông φ phụ thuộc vào dòng kích từ Ikt theo đặc tính từ hoá + - nh− đ−ờng c trên hình 2-10b. Đó là quan hệ giữa từ thông φ với sức U c d từ động kích từ Fkt của động cơ. mà: Fkt = Ikt.Wkt . Khi cho dòng kích φ từ bằng định mức thì từ thông động cơ sẽ đạt định mức. đm Ckt Để đơn giản hoá khi thành lập ph−ơng trình đặc tính cơ ĐMnt, ta E coi mạch từ của động cơ là ch−a bảo hoà, quan hệ giữa từ thông với I− Ikt R−f dòng kích từ là tuyến tính đ−ờng d trên hình 2-10b: F ktđm Fkt φ = C.I ; (C - hệ số tỉ lệ) (2-43) a) b) kt Hình 2-10: a) Sơ đồ nối dây ĐMnt Nếu bỏ qua phản ứng phần ứng, ta có: b) Đặc tính từ hoá của ĐMnt. φ = C.Ikt = C.I− = C.I (2-44) Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy dòng kích từ chính là dòng phần ứng, Kết hợp (2-44) với (2-39) ta đ−ợc ph−ơng trình đặc tính cơ điện nên từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng và phụ tải của của ĐMnt: động cơ. U R A Theo sơ đồ hình 2-10a, có thể viết ph−ơng trình cân bằng điện ω= − = 1 −B (2-45) áp của mạch phần ứng nh− sau: kC I k.C I U = E + R.I = kφω + R.I (2-39) U R − − Với: A1 = = const ; B = = const ; Trong đó: U là điện áp nguồn, (V) k.C k.C Mặt khác: R = R− + Rkt + R−f (2-40) M = k.φ.I = k.C.I2 (2-46) Trong này: R− là điện trở phần ứng động cơ. R là điện trở cuộn dây kích từ M kt Nên: I = (2-47) kC. R−f là điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng Trang 44 Trang 45 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Thay (2-47) vào (2-45) ta có ph−ơng trình đặc tính cơ ĐMnt: T−ơng tự, đối với đặc tính cơ của ĐMnt cũng có hai đ−ờng tiệm cận (hình 2-12b): Ak1 CR A 2 ω =-=-B (2-48) + Khi M → 0, ω → ∞ : Tiệm cận trục tung. MMk.C + Khi ω → -B, M → ∞ : Tiệm cận đ−ờng ω = -B = - (R )/K.C . Trong đó: −Σ A2 = A1. kC. = const. ω ω Qua ph−ơng trình (2-45) và (2-48) ta thấy đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của ĐM có dạng hypecbol và rất mềm nh− hình 2-11a, b nt ω TN ω TN và tốc độ không tải lý t−ởng bằng vô cùng. Thực tế không có tốc độ đm đm không tải lý t−ởng đối với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. NT, R −f NT, R−f Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của ĐMnt : Ic I Mc M -B -B ω ω a) b) ω TN ω TN Hình 2-12: a) Tiệm cận của đặc tính cơ điện của ĐMnt đm đm b) Tiệm cận của đặc tính cơ của ĐMnt ω NT , R ω NT , R 1 1 −f1 1 1 −f1 Iđm I Mđm M Với đặc tính cơ tự nhiên thì R−f = 0, nên ta có hai đ−ờng tiệm cận ứng với: a) b) + Khi M → 0, ω → ∞ : Tiệm cận trục tung. + Khi ω → -B(tn), M → ∞ : đặc tính cơ sẽ tiệm cận với đ−ờng Hình 2-11: a) Đặc tính cơ điện của ĐMnt thẳng ω = -B(nt) = - (R−)/K.C . b) Đặc tính cơ của ĐMnt 2.3.2. Đặc tính vạn năng của ĐMnt: Nh− vậy đặc tính cơ điện của ĐMnt có dạng đ−ờng hypebol và Các ph−ơng trình (2-40) , (2-41) và các đặc tính trên hình 2-12 rất mềm. Nó có hai đ−ờng tiệm cận (hình 2-12a): đ−ợc rút ra với giả thiết đặc tính từ hoá φ = f(I) là đ−ờng thẳng. Tuy + Khi I → 0, ω → ∞ : Tiệm cận trục tung. nhiên, thực tế quan hệ φ = f(I) là phi tuyến nên việc viết ph−ơng trình và vẽ các đặc tính cơ ĐMnt là rất khó khăn. Vì vậy các nhà chế tạo + Khi ω → -B, M → ∞ : Tiệm cận đ−ờng ω = -B = - (R−Σ)/K.C . động cơ th−ờng cho tr−ớc các đ−ờng cong thực nghiệm: Trang 46 Trang 47 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động * * * * ω = f(I ) và M = f(I ) khi không có điện trở phụ, và gọi là đặc 2.3.3. Đặc tính cơ khi khởi động ĐMnt: tính vạn năng của ĐMnt nh− hình 2-13. T−ơng tự ĐMđl, để hạn chế dòng khởi động ĐMnt ng−ời ta cũng đ−a thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng ngay khi bắt đầu khởi động, ω* và sau đó thì loại dần đi để đ−a tốc độ động cơ lên xác lập. U I’ = I’ = đm = (2ữ2,5)I ≤ I (2-49) 2,4 kđbđ nm đm cp RR−−+ f 2,0 * M = f(I ) a) Xây dựng các đặc tính cơ khi khởi động ĐM : 1,6 đl 1,2 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động trình bày trên hình 2-13: ω* = f(I*) 0,8 ω 0,4 + - A U * XL 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 I TN h f e ω2 Hình 2-13: Các đặc tính vạn năng của Đm K2 K1 d nt 2 c Ckt ω1 e b 1 Các đặc tính này cho theo đơn vị t−ơng đối: I− R R * Ikt −f2 −f1 a ω = ω/ωđm ; 0 Ic I2 I1 I− * a) b) I = I/Iđm ; * Hình 2-13: a) Sơ đồ nối dây Đm khởi động 2 cấp, m = 2 M = M/Mđm ; nt b) Các đặc tính cơ khi khởi động Đm , m = 2. Dùng chung cho các loại động cơ trong dãy công suất có cùng nt tiêu chuẩn thiết kế. Quá trình xây dựng đặc tính khởi động theo các b−ớc sau: Đối với động cơ đã cho, ta chỉ cần lấy giá trị ωđm nhân vào trục 1. Dựa vào các thông số của động cơ và đặc tính vạn năng, vẽ ra tung và lấy Iđm nhân vào trục hoành, ta sẽ đ−ợc đặc tính cơ điện tự đặc tính cơ tự nhiên. nhiên ω = f(I) của động cơ đó. Mặt khác, từ giá trị I* tra theo đ−ờng * * * * 2. Chọn dòng điện giới hạn I1 ≤ (2ữ2,5)Iđm và tính điện trở tổng M = f(I ) ta đ−ợc giá trị M t−ơng ứng. Nhân giá trị M đó với Mđm của động cơ đã cho ta đ−ợc M. Nh− vậy, từ đặc tính cơ điện tự nhiên của mạch phần ứng khi khởi động R = Uđm/I1 . Ta kẻ đ−ờng I1 = const và đ−ờng đặc tính vạn năng M* = f(I*) ta sẽ đ−ợc đặc tính cơ tự nhiên nó sẽ cắt đặc tính tự nhiên tại e. ω = f(M). Ng−ời ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo (dùng thêm điện trở 3. Chọn dòng chuyển khi khởi động I2 = (1,1ữ1,3)Ic . Kẻ đ−ờng phụ trong mạch phần ứng) của ĐM khi sử dụng các đặc tính vạn nt I2 = const nó sẽ cắt đặc tính tự nhiên tại f, và nó cũng cắt đặc tính năng và đặc tính cơ tự nhiên. nhân tạo dốc nhất (có R) tại b theo biểu thức: Trang 48 Trang 49 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động b) Hãm ng−ợc bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng: Uõm - I2R ωNT(b) = ωTN(f ) (2-50) Uõm - I2R ổ Động cơ đang làm việc ở điểm A trên đặc tính cơ tự nhiên với: U− > 0, quay với chiều ω > 0, làm việc ở chế độ động cơ, chiều Kẻ các đ−ờng ef và ab kéo dài, chúng sẽ cắt nhau tại A, từ A mômen trùng với chiều tốc độ; Nếu ta đổi cực tính điện áp đặt vào dựng tiếp các đ−ờng đặc tính khởi động tuyến tính hoá thoả mãn các phần ứng U− < 0 (vì dòng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ yêu cầu khởi động và ta có đ−ờng khởi động abcdefXL. vào để hạn chế) và vẫn giữ nguyên chiều dòng kích từ thì dòng điện b) Tính điện trở khởi động: phần ứng sẽ đổi chiều I− < 0 do đó mômen đổi chiều, động cơ sẽ chuyển sang điểm B trên đặc tính d hình 2-15, đoạn BC là đoạn hãm Theo ph−ơng pháp tuyến tính hoá trên, điện trở phụ tổng đ−ợc ng−ợc, và sẽ làm việc xác lập ở D nếu phụ tải ma sát. Lúc hãm động tính R−f = R - R− , ta có điện trở phụ các cấp: năng, dòng hãm và mômen hãm của động cơ: ac ce R −−f1==R f ; R −−f2R f ; (2-51) − U − Eổ U + Kφω ⎫ ea ea Ih = = − < 0 ⎪ R ổ + R ổf R ổ + R ổf ⎬ (2-52) 2.3.4. Các trạng thái hãm ĐMnt: ⎪ M h = KφIh < 0 ⎭ Động cơ ĐMnt có ω0 ≈ ∞, nên không có hãm tái sinh mà chỉ có hai trạng thái hãm: Hãm ng−ợc và Hãm động năng. Ph−ơng trình đặc tính cơ: 2.3.4.1. Hãm ng−ợc ĐMnt: − U R ổ + R ổf ω = − 2 M (2-53) a) Đ−a điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng: Kφ (Kφ) Động cơ đang làm việc tại A, đóng R lớn vào phần ứng thì ω −f + U - động cơ sẽ chuyển sang B, C và sẽ thực hiện hãm ng−ợc đoạn CD: c B A ω + - ω bđ U d R−f HN ’ TN Mc A C M M B Ckt c D ωôđ R−f e Ckt I e C − I kt I− I R kt −f 0 HN Mc M D a) b) a) b) Hình 2-15: a) Sơ đồ hãm ng−ợc bằng cách đảo U−. Hình 2-14: a) Sơ đồ nối dây Đmnt khi hãm ng−ợc với R−f b) Đặc tính cơ khi hãm ng−ợc bằng cách đảo U−. b) Đặc tính hãm ng−ợc Đm , đoạn CD. nt Trang 51 Trang 50 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.3.4.2. Hãm động năng ĐMnt: Ph−ơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ: a) Hãm động năng kích từ độc lập: R + R + R ω = − ổ kt h M (2-55) Động cơ đang làm việc với l−ới điện (điểm A, hình 2-16), thực (Kφ)2 hiện cắt phần ứng động cơ ra khỏi l−ới điện và đóng vào một điện trở Và từ thông giảm dần trong quá trình hãm động năng tự kích. hãm Rh, còn cuộn kích từ đ−ợc nối vào l−ới điện qua điện trở phụ sao cho dòng kích từ có chiều và trị số không đổi (I ), và nh− vậy giống ω ktđm + U - với tr−ờng hợp hãm động năng kích từ độc lập của ĐMđl. B2 B1 A Ph−ơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng: ωhđ HĐN R R + R h1 ổΣ h Rh2 ω = − 2 M (2-54) (Kφ) Ckt 0 ω e Mhđ2 Mhđ1 Mc M ω + - ôđ2 C2 U I− Ikt ω Rh ôđ1 C1 B2 B1 ωbđ A Rktf a) b) Rh1 HĐN Rh2 Hình 2-17: a) Sơ đồ hãm động năng tự kích từ ĐMnt. Ckt 0 b) Đặc tính cơ khi HĐN tự kích từ ĐM . e Mbđ2 Mbđ1 Mc M nt ωôđ2 C2 I− Ikt ω 2.3.5. Đảo chiều ĐMnt: Rh ôđ1 C1 Đặc tính cơ của động cơ ĐMnt khi đảo chiều bằng cách đảo a) b) chiều điện áp phần ứng: Hình 2-16: a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập ĐMnt. − U R + R ω = ổ − ổΣ ổf M (2-56) b) Đặc tính cơ khi HĐN kích từ độc lập ĐMnt. 2 Kφ(Iổ ) [Kφ(Iổ )] b) Hãm động năng tự kích từ : Khi U− > 0, động cơ quay thuận ω > 0 (tại điểm A trên đặc tính Động cơ đang làm việc với l−ới điện (điểm A), thực hiện cắt cả cơ ở góc phần t− thứ nhất của toạ độ [M, ω], với phụ tải là Mc > 0). phần ứng và kích từ của động cơ ra khỏi l−ới điện và đóng nối tiếp vào Nếu ta đảo cực tính điện áp phần ứng động cơ (vẫn giữ nguyên chiều ' một điện trở hãm Rh, nh−ng dòng kích từ vẫn phải đ−ợc giữ nguyên từ thông kích từ) U− < 0, phụ tải động cơ theo chiều ng−ợc lại Mc < 0, theo chiều cũ do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ động cơ sẽ quay ng−ợc ω < 0 (tại điểm A' trên đặc tính cơ ở góc phần vẫn quay và nó làm việc nh− một máy phát tự kích biến cơ năng thành t− thứ ba của toạ độ [M, ω]. Nếu cho điện trở phụ vào mạch phần ứng, nhiệt năng trên các điện trở. ta sẽ có các tốc độ nhân tạo ng−ợc, hình 2-18. Trang 52 Trang 53 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 54 ω M + U - 2.3.7. Đặc điểm, đặc tính cơ động cơ ĐMhh : ω A Sơ đồ nguyên lý của động cơ ĐMhh nh− hình 2-19, với hai cuộn ωôđ kích từ song song và nối tiếp tạo ra từ thông kích từ động cơ: (ĐCth) ’ φ = φs + φn (2-57) Mc R−f Mc M Trong đó: φs là phần từ thông do cuộn kích từ song song tạo Ckt (ĐCng) nên; φs = (0,75 ữ 0,85)φđm và không phụ thuộc vào dòng phần ứng, tức e -ωôđ không phụ thuộc vào phụ tải. A’ I− Ikt M ω Còn φn là phần từ thông do cuộn kích từ nối tiếp tạo ra, nó phụ a) b) thuộc vào dòng phần ứng. Khi phụ tải Mc = Mđm thì I− = Iđm, t−ơng ứng: Hình 2-18: a) Sơ đồ đảo chiều điện áp U− của ĐMnt . φn.đm = (0,25 ữ 0,15)φđm b) Đặc tính cơ khi đảo chiều U− của ĐMnt Do có hai cuộn kích từ nên đặc tính cơ của ĐMhh vừa có dạng 2.3.6. Nhận xét về ĐMnt: phi tuyến nh− ĐMnt, đồng thời có điểm không tải lý t−ởng [0, ω0] nh− của ĐMđl, hình 2-20, trong đó tốc độ không tải lý t−ởng có giá trị khá Về cấu tạo, ĐMnt có cuộn kích từ chịu dòng lớn, nên tiết diện to lớn so với tốc độ định mức: ω0 ≈ (1,3 ữ 1,6) ωđm . và số vòng dây ít. Nhờ đó nó dễ chế tạo và ít h− hỏng hơn so với ĐMđl. Động cơ ĐMhh có ba trạng thái hãm t−ơng tự nh− ĐMđl. Động cơ ĐMnt có khả năng quá tải lớn về mmomen. Khi có cùng một hệ số quá tải dòng điện nh− nhau thì mômen của ĐMnt lớn ω hơn mômen của ĐM . + - đl U Thực vậy, lấy ví dụ khi cho quá tải dòng I = 1,5I thì mômen qt đm ω0 TN quá tải của ĐMđl là : Mqt = Kφđm.1,5Iđm = 1,5Mđm, nghĩa là hệ số quá tải mômen bằng hệ số quá tải dòng điện: KqtM = KqtI = 1,5. Trong kho R−f đó, mômen của ĐMnt tỷ lệ với bình ph−ơng dòng điện, nên M'qt = Rktf 2 2 2 Ikts Cks K.C.I = K.C.(1,5I ) = 1,5 .M = 2,25M , nghĩa là hệ số quá tải Igh 0 Mc M đm đm đm mômen bằng bình ph−ơng lần của hệ số quá tải dòng điện: K'qtM = R−f 2 Ckn K qtI. e -ωôđ I− I Mômen của ĐMnt Không phụ thuộc vào sụt áp trên đ−ờng dây ktn tải điện, nghĩa là nếu giữ cho dòng điện trong động cơ định mức thì a) b) mômen động cơ cũng là định mức, cho dù động cơ nối ở đầu đ−ờng dây hay ở cuối đ−ờng dây. Hình 2-20: a) Sơ đồ nối dây ĐMhh . b) Đặc tính cơ của ĐMhh Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 55 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.4.1.2. Sơ đồ thay thế: Đ 2.4. ĐặC TíNH CƠ CủA động cơ không đồng bộ (ĐK) Với các giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế 1 pha của động cơ 2.4.1. Các giả thiết, sơ đồ thay thế, đặc tính cơ của động cơ ĐK: nh− hình 2-23. I X X’ 1 1 R1 2 2.4.1.1. Các giả thiết: Trong đó: ’ R’ /s Xà I 2 2 Động cơ không đồng bộ U1f là trị số hiệu dụng của ~ ~ U1f (ĐK) nh− hình 2-21, điện áp pha stato (V). Ià ’ R 2f/s đ−ợc sử dụng rộng rãi ’ Rà trong thực tế. Ưu điểm I1, Ià, I 2 là các dòng stato, mạch từ hóa, rôto đã nỗi bật của nó là: cấu tạo Hình 2-23: Sơ đồ thay thế ĐK đơn giản, làm việc tin quy đổi về stato (A). dq ’ cậy, vốn đầu t− ít, giá ĐKls R X1, Xà, X 2 là điện kháng stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato (Ω). thành hạ, trọng l−ợng, 2f ’ kích th−ớc nhỏ hơn khi R1, Rà, R 2 là điện trở stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato (Ω). ĐKdq cùng công suất định mức R’ là điện trở phụ (nếu có) ở mỗi pha rôto đã quy đổi về stato (Ω). so với động cơ một 2f Hình 2-21: chiều. Sử dụng trực tiếp s là hệ số tr−ợt của động cơ: l−ới điện xoay chiều 3 Động cơ không đồng bộ lồng sóc (ĐK ) và dây quấn (ĐK ) ω − ω ω − ω pha ls dq s = 1 = 0 (2-58) ω1 ω0 Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình Trong đó: quá độ khó khăn hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ). ω1 = ω0 là tốc độ của từ tr−ờng quay ở stato động cơ, còn gọi là tốc độ đồng bộ (rad/s): Để đơn giản cho việc khảo sát, nghiên cứu, ta giả thiết: 2πf + Ba pha của động cơ là đối xứng. ω = ω = 1 (2-59) 1 0 p + Các thông số của mạch không thay đổi nghĩa là không phụ thuộc nhiệt độ, tần số, mạch từ không bảo hoà nên điện trở, điện ω là tốc độ góc của rôto động cơ (rad/s). kháng, không thay đổi. Trong đó: f1 là tần số của điện áp nguồn đặt vào stato (Hz), + Tổng dẫn của mạch vòng từ hoá không thay đổi, dòng từ hoá không phụ thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato. p là số đôi cực của động cơ, + Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép. 2.4.1.3. Biểu đồ năng l−ợng của ĐK: + Điện áp l−ới hoàn toàn sin và đối xứng. Với các giả thiết ở trên, ta có biểu đồ năng l−ợng của động cơ ĐK 3 pha nh− hình 2-24: Trang 56 Trang 57 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trong biểu đồ năng lựong: Khi ω = 0, s = 1, ta có: I1 = I1nm - dòng ngắn mạch của stato. ⎡ ⎤ P1 là công suất điện từ đ−a vào 3 pha stato động cơ ĐK 1 Khi ω = ω0, s = 0, ta có: I = U ⎢ ⎥ = I 1 1f 2 2 à ∆P1 = ∆PCu1 là tổn thất công suất trong các cuộn dây đồng stato ⎢ R + X ⎥ ⎣ à à ⎦ P12 là công suất điện từ truyền giữa stato và rôto động cơ ĐK Nghĩa là ở tốc độ đồng bộ, động cơ vẫn tiêu thụ dòng điện từ hoá để tạo ta từ tr−ờng quay. ∆P2 = ∆PCu2 là tổn thất công suất trong các cuộn dây đồng rôto Trị số hiệu dụng của dòng rôto đã quy đổi về stato: P2 là công suất trên trục động cơ, hay là công suất cơ của ĐK truyền động cho máy sản xuất. U I' = 1f (2-61) 2 2 ⎛ R' ⎞ ⎜R + 2Σ ⎟ + X 2 P P2 = Ptrục = Pcơ 1 nm P = 3U I cosφ 1 2 ⎝ s ⎠ 1 1f 1 ’ Ph−ơng trình (2-61) là quan hệ giữa dòng rôto I 2 với hệ số tr−ợt ’ s hay giữa I với tốc độ ω, nên gọi là đặc tính điện-cơ của động cơ ∆P = ∆P 2 2 Cu2 ĐK, (hình 2-25). Qua (2-61) ta thấy: ∆P1 = ∆PCu1 ’ Khi ω = ω0, s = 0, ta có: I 2 = 0. ' U1f ' Hình 2-24: Biểu đồ năng l−ợng của động cơ ĐKdq Khi ω = 0, s = 1, ta có: I = = I 2 ' 22 2nm ()RR12++Σ Xnm 2.4.1.4. Ph−ơng trình và đặc tính cơ ĐK: ’ Trong đó: I 2nm là dòng ngắn mạch của rôto hay dòng khởi động. Từ sơ đồ thay thế hình 2-23, ta tính đ−ợc dòng stato: ~ ω ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ω0 ⎢ 1 1 ⎥ I1 = U1f ⎢ + ⎥ (2-60) 2 2 ' 2 ⎢ R à + Xà ⎛ R ⎞ ⎥ ⎢ ⎜R + 2Σ ⎟ + X2 ⎥ ⎜ 1 s ⎟ nm ⎣⎢ ⎝ ⎠ ⎦⎥ R2f ’ ’ ’ ĐKdq Trong đó: R 2Σ = R 2 + R 2f là điện trở tổng mạch rôto. ’ ’ 0 I nm I 2 ’ Xnm = X1 + X 2 là điện kháng ngắn mạch. Hình 2-26: Đặc tính điện-cơ của ĐK Từ ph−ơng trình đặc tính dòng stato (2-60) ta thấy: Trang 58 Trang 59 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Để tìm ph−ơng trình đặc tính cơ của ĐK, ta xuất phát từ điều Trong các biểu thức trên, dấu (+) ứng với trạng thái động cơ, kiện cân bằng công suất trong động cơ: công suất điện chuyển từ stato còn dấu (-) ứng với trạng thái máy phát, (MthĐ > MthF). sang rôto: Ph−ơng trình đặc tính cơ của ĐK có thể biểu diễn theo closs: P12 = Mđt.ω0 (2-62) 21Math ()+ sth M là mômen điện từ của động cơ, nếu bỏ qua các tổn thất phụ: M = (2-69) đt s sth ++2asth Mđt = Mcơ = M (2-63) sth s Và: P = P + ∆P (2-64) ’ 12 cơ 2 Trong đó: a = R1/R 2Σ. Trong đó: Pcơ = M.ω là công suất cơ trên trục động cơ. Mth và sth lấy theo (2-67) và (2-68). ’2 ’ ∆P2 = 3I 2.R 2Σ là tổn hao công suất đồng trong rôto. Đối với động cơ ĐK công suất lớn, th−ờng R1 rất nhỏ so với Xnm nên có thể bỏ qua R1 và asth ≈ 0, khi đó ta có dạng closs đơn giản: Do đó: M.ω0 = M(ω0 - ω) = M.ω0.s ''2 2M th 3 IR2 2 Σ /s M = (2-70) Vậy: M = (2-65) s sth ω 0 + sth s Thay (3-4) vào (3-8) và biến đổi ta có : R ' 3U2 2 ' 2Σ 1f Lúc này: sth ≈ ± ; Mth ≈ ± (2-71) 3.U1f .R2 Σ Xnm 2ω0Xnm M = 2 (2-66) ⎡⎛ R' ⎞ ⎤ 2Σ 2 sR ω 01⎢⎜ + ⎟ + X nm ⎥ ⎢⎝ s ⎠ ⎥ (đoạn làm việc) ⎣ ⎦ ~ ω Mc(ω) ω0 (1) Ph−ơng trình (2-66) là ph−ơng trình đặc tính cơ của ĐK. Nếu (2) biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ là đ−ờng cong nh− hình 2-27b. Có sth (+) thể xác định các điểm cực trị của đ−ờng cong đó bằng cách cho đạo hàm dM/ds = 0, ta sẽ đ−ợc các trị số về độ tr−ợt tới hạn sth và mômen tới hạn M tại điểm cực trị: R th 2f (đoạn khởi động) R' 2 Σ ĐKdq sth =± (2-67) 0 M M M RX22+ nm th 1 nm a) b) U2 Và: M =± 1f (2-68) Hình 2-27: Đặc tính cơ của ĐK th 22 2ω 01.()RR±+1Xnm Trang 61 Trang 60 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động + Trong nhiều tr−ờng hợp cho phép ta sử dụng những đặc tính 2.4.2. ảnh h−ởng của các thông số đến đặc tính cơ của ĐK: gần đúng bằng cách truyến tính hoá đạc tính cơ trong đoạn làm việc. Qua ch−ơng trình đặc tính cơ bản của hoạt động cơ ĐK, ta thấy Ví dụ ở vùng độ tr−ợt nhỏ s > s thì coi s /s ≈ 0 và ta có: th th việc đ−ợc. Hình 2-28: ảnh h−ởng của U L 2.Ms M = th th (2-77) s 2Ms. 2.4.2.2. ảnh h−ởng của điện trở, điện kháng mạch stato: Và: β = th th (2-78) 2 Khi điện trở hoặc điện kháng mạch stato bị thay đổi, hoặc thêm ω 0 .s điện trở phụ (Rlf), điện kháng phụ (Xlf) vào mạch stato, nếu ωo = Trong đoạn này độ cứng β > 0 và giá trị của nó thay đổi, đây const, và theo biểu thức (2-67), (2-68) thì mômen Mth và Sth đều giảm, th−ờng là đoạn động cơ khởi động. nên đặc tính cơ có dạng nh− hình 2-29. Trang 62 Trang 63 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Qua đồ thị ta thấy: 2.4.2.4. ảnh h−ởng của tần số l−ới cung cấp cho động cơ: ω Mc(ω) với mômen Mkđ = Mnm.f Khi điện áp nguồn cung cấp cho động cơ có tần số (f1) thay đổi thì đoạn làm việc của đặc TN ω thì tốc độ từ tr−ờng ωo và tốc độ của động cơ ω sẽ thay đổi theo. tính cơ có điện kháng phụ 0 X1f > 0 Vì ωo = 2π.f1/p, và X = ω.L, nên ωo ≡ f1, ω ≡ f1 và X ≡ f1. (Xlf) cứng hơn đặc tính có sth Rlf. Khi tăng Xlf hoặc Rlf Qua đồ thị ta thấy: ω thì Mth và Sth đều giảm. Khi tần số tăng (f > f ), 13 1.đm Mc(ω) Khi dùng Xlf hoặc Rlf để R1f > 0 thì Mth sẽ giảm, (với điện khởi động nhằm hạn chế áp nguồn U = const) thì : dòng khởi động, thì có 1 1 f > f thể dựa vào tam giác tổng 0 Mnmf Mnm Mth M M ≅ (hình 2-31). 14 13 th 2 ω04 f1 f13 > f1đm trở ngắn mạch để xác ω03 định X hoặc R . Hình 2-29: ảnh h−ởng của Rlf, Xlf Khi tần số nguồn ω TN, f lf lf 0 1đm giảm (f11 0 2f1 2f1 càng giảm, với phụ * Ví dụ 2 - 5: sth1 R > R tải không đổi thì khi 2f2 2f1 X2f2 > X2f1 Cho một động cơ không đồng bộ rôto dây quấn (ĐKdq) có: có R2f, X2f càng lớn sth2 thì tốc độ làm việc Pđm = 850KW ; Uđm = 6000V ; nđm = 588vg/ph ; λ = 2,15 ; của động cơ càng bị 0 M M thấp, và dòng điện th E2đm = 1150V ; I2đm = 450A. khởi động càng Tính và vẽ đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo của giảm. Hình 2-30: ảnh h−ởng của R2f, X2f động cơ không đồng bộ rôto dây quấn với điện trở phụ mỗi pha rôto là: R2f = 0,75Ω. Trang 64 Trang 65 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động * Giải : Theo đó ta vẽ đ−ợc đ−ờng đặc tính tự nhiên nh− trên hình 2-32 * Với động cơ có công suất lớn, ta có thể sử dụng ph−ơng trình đi qua 4 điểm: điểm không tải [M = 0; s = 0]; điểm định mức [ Mđm =1; gần đúng (2-70) coi R rất nhỏ hơn R tức a = 0. * 1 2 sđm = 0,02]; điểm tới hạn TH [ M th =2,15; sđm = 0,08]; điểm ngắn mạch * Độ tr−ợt định mức: NM [ M nm =0,35; sđm = 1]. n o − n đm 600 − 588 Đối với đặc tính nhân tạo có Rf = 0,175Ω ta có độ tr−ợt tới hạn sđm = = = 0,02 n o 600 nhân tạo: Mômen định mức: R 2 + R f 0,0295 + 0,175 s th.nt = s th = 0,08 = 0,55 R 2 0,0295 Pđm1000 850.1000 * Mđm = = =13805 N.m , hoặc Mđm =1 n đm /9,55 588/9,55 Ph−ơng trình đặc tính cơ nhân tạo sẽ là: 2λ Mômen tới hạn: M* = s 0,55 M = λM = 2,15.13085 = 29681 N.m, hoặc M* = 2,15 + th đm đm 0,55 s Điện trở định mức: R đm = E 2.nm / 3I2.đm =1,476 Ω Và đặc tính đ−ợc vẽ trên cùng đồ thị hình 2-32. Điện trở dây quấn rôto: S S = 0,02 * đm TN R 2 = R 2R đm = sđm R đm = 0,02.1,476 = 0,0295 Ω 0 Độ tr−ợt tới hạn của đặc tính cơ tự nhiên cá định theo (2-74): 0,08 Điểm TH NT 2 2 s th = sđm λ + λ −1)= 0,02 2,15 + 2,15 −1)= 0,08 ( ( 0,55 Ph−ơng trình đặct tính cơ tự nhiên: 2M 59,362 2λ M = th = hoặc M* = s s s 0,08 s s + th + + th s th s 0,08 s s th s Điểm NM 1 Với mômen ngắn mạch: 0 0,35 1 2,15 M 59362 M = = 4777 Nm = 0,35M Hình 2-32: Các đặc tính cơ TN và NT trong ví dụ 2-5 nm 1 đm + 0,08 0,08 Trang 67 Trang 66 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.4.3. Đặc tính cơ của động cơ ĐK khi khởi động: + Vì đặc tính cơ của động cơ ĐK là phi tuyến, nên để đơn giản, ta dùng ph−ơng pháp gần đúng: theo toán hoc đã chứng minh thì các 2.4.3.1. Khởi động và tính điện trở khởi động: đ−ờng đặc tính khởi động của động cơ ĐK tuyến tính hóa sẽ hội tụ tại + Nếu khởi động động cơ ĐK bằng ph−ơng pháp đóng trực tiếp một điểm T nằm trên đ−ờng ωo = const phía bên phải trục tung của tọa thì dòng khởi động ban đầu rất lớn. Nh− vậy, t−ơng tự khởi động độ (ω, M) nh− hình 2-33. ĐMđl, ta cũng đ−a điện trở phụ vào mạch rôto động cơ ĐK có rôto dây + Chọn: Mmax = M1 = (2 ữ 2,5)Mđm ; hoặc Mmax = 0,85Mth quấn để han chế dòng khởi động: I kđđb ≤ I cp = 2,5I đm .Và sau đó thì và M = M = (1,1 ữ 1,3)M trong quá trình khởi động. loại dần chúng ra để đ−a tốc độ động cơ lên xác lập. min 2 c Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động đ−ợc trình bày trên hình + Sau khi đã tuyến hóa đặc tính khởi động động cơ ĐK, ta tiến hành xây dựng đặc tính khởi động t−ơng tự động cơ ĐM , cuối cùng 2-33 (hai cấp khởi động m = 2). đl ta đ−ợc các đặc tính khởi động gần đúng edcbaXL nh− hình 2-33. Nếu điểm cuối cùng gặp đặc tính TN mà không trùng với giao ~ điểm của đặc tính cơ TN mà M1 = const thì ta phải chọn lại M1 hoặc ω M2 rồi tiến hánh lại từ đầu. T xl h TN 2.4.3.2. Tính điện trở khởi động: ω0 s a TN b *Dùng ph−ơng pháp đồ thị: ĐK s c NT d + Khi đã tuyến hóa đặc tính khởi động động cơ ĐK, ta có: K K S R − R 2 2 NT = 2 2f ; (2-79) R2f2 STN R 2 K1 K1 Rút ra: R2f1 e 0 Mc M2 M1 Mth M SNT − STN R 2f = R 2 ; (2-80) a) b) STN Từ đồ thị ta có điện trở phụ các cấp: Hình 2-33: a) Sơ đồ nối dây ĐK khởi động 2 cấp, m = 2 ha − hc ac b) Các đặc tính cơ khởi động ĐMđl, m = 2 R 2f1 = R 2 = R 2 ; (2-81) he he * Xây dựng các đặc tính cơ khi khởi động ĐK: hc − he ce R = R = R ; (2-82) 2f 2 he 2 he 2 + Từ các thông số định mức (Pđm; Uđm; Iđm; nđm; ηđm; ) và thông số tảI (Ic; Mc; Pc; ) số cấp khởi động m, ta vẽ đặc tính cơ tự nhiên. Trang 68 Trang 69 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động + Đối với động cơ điện đồng bộ, thông số đầu vào là tần số của Ch−ơng 3 dòng điện stato f1. Điều chỉnh các thông số đầu ra của c) Các phần tử điều khiển: Hệ thống truyền động điện Là các thiết bị hoặc dụng cụ làm thay đổi các thông số đầu vào. Chú ý, ng−ời ta th−ờng gọi việc điều chỉnh các thông số đầu ra Đ 3.1. kháI niệm chung: là “điều khiển động cơ điện”. 3.1.1. Các định nghĩa: 3.1.2. Mục đích điều chỉnh các thông số đầu ra của động cơ: Hệ thống truyền động điện không chỉ làm nhiệm vụ biến đổi Tùy theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất, việc điều chỉnh điện năng thành cơ năng, mà còn điều khiển quá trình làm việc của cơ M, ω nhằm thực hiện các mục đích sau: cấu công tác theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất. Yêu cầu công nghệ có thể đ−ợc đảm bảo nếu hệ có khả năng đặt tr−ớc các thông số + Đặt giá trị làm việc và duy trì mức đạt đó, ví dụ duy trì tốc độ gia công cho tứng công đoạn, duy trì các thông số đó với một độ chính làm việc khi phụ tải thay đổi ngẫu nhiên. xác nào đó (nh− tốc độ, mômen, gia tốc, ví trí của cơ cấu công tác ), + Thay đổi thông số theo quy luật yêu cầu, ví dụ trong thời gian c−ỡng bức thay đổi các giá trị đó theo ý muốn, hạn chế giá trị của khởi động và tăng tốc động cơ thang máy từ 0 lên đến tốc độ ổn định, chúng theo mức cho phép của quá trình công nghệ hoặc theo khả năng mômen lúc đầu phải tăng tuyến tuyến tính theo thời gian, sau đó giữ về độ bền, độ quá tải của máy. không đổi, và cuối cùng giảm tuyến tính cho đến khi M = Mc. Các thông số gia công nói trên có liên quan đến mômen M và + Hạn chế thông số ở một mức độ cho phép, ví dụ hạn chế dòng tốc độ ω của động cơ điện, có các mối quan hệ đ−ợc định nghĩa: điện khởi động Ikđ ≤ Icp. a) Các thông số đầu ra hay còn gọi là thông số đ−ợc điều chỉnh: + Tạo ra một quy luật chuyển động cho cơ cấu công tác (tức cho Đó là mômen (M), tốc độ (ω) của động cơ, trục động cơ) theo quy luật cho tr−ớc ở đầu vào với một độ chính xác nào đó. Do M và ω là 2 trục của mặt phẳng tọa độ đặc tính cơ [M, ω], nên việc điều chỉnh chúng th−ờng gọi là “điều chỉnh tọa độ”. 3.1.3. Điều chỉnh không tự động và điều chỉnh tự động: b) Các thông số đầu vào hay còn gọi là thông số điều chỉnh: a) Điều chỉnh không tự động: + Đối với động cơ điện một chiều, thông số đầu vào là điện trở Là việc thay đổi thông số đầu ra bằng cách tác động lên thông số đầu vào một cách rời rạc. Mỗi lần tác động ta có một giá trị không phần ứng R− (hoạc R−f), từ thông Φ (hoặc điện áp kích từ Ukt; dòng điện kích từ I ) và điện áp phần ứng U . đổi của thông số đầu vào và t−ơng ứng ta đ−ợc một đ−ờng đặc tính cơ kt − (nhân tạo). Khi động cơ làm việc, các nhiễu loạn (nh− phụ tải thay + Đối với động cơ điện không đồng bộ, thông số đầu vào là điện đổi, điện áp nguồn dao động, ) sẽ tác động vào hệ, nh−ng thông số trở mạch rôto R2 (hoạc R2f), điện trở mạch stato R1, điện kháng stato đầu vào vẫn giữ không đổi nên điểm làm việc của động cơ chỉ di x1, điện áp stato u1 vàtần số của dòng điện stato f1. chuyển trên một đ−ờng đặc tính cơ. Trang 92 Trang 93 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ng−ời ta gọi dạng điều chỉnh này là “điều chỉnh bằng tay” hay Trang 94 điều chỉnh không tự động điều chỉnh vòng hở “ ” hoặc “ ”. Ph−ơng pháp Ng−ợc lại, khi điều chỉnh mômen hoặc dòng điện, thông số điều chỉnh này đơn giản nên vẫn đ−ợc dùng trong các hệ truyền động đ−ợc điều chỉnh là M hoặc I, thì nhiễu loạn chủ yếu lại là tốc độ ω. Sự điện hiện đại, tuy nhiên nó không đảm bảo đ−ợc các yêu cầu cao về ảnh h−ởng qua lại giữa hai đại l−ợng M và ω đ−ợc thể hiện bằng chế độ công nghệ. đ−ờng đặc tính cơ và ph−ơng trình của nó. b) Điều chỉnh tự động: Đ 3.2. các chỉ tiêu chất l−ợng: Đ−ợc thực hiện nhờ sự thay đổi liên tục của thông số đầu vào theo mức độ sai lệch của thông số đầu ra so với giá trị định tr−ớc, 3.2.1. Chỉ tiêu chất l−ợng động (chế độ quá độ): nhằm khắc phục độ sai lệch đó. Nh− vậy khi có tác động của nhiễu * Độ quá điều chỉnh σ (σ ≤ 40% hoặc có thể nhỏ hơn). làm ảnh h−ởng đến thống số đầu ra, thì thông số đầu vào sẽ thay đổi max max và động cơ sẽ có một đ−ờng đặc tính cơ khác, điểm làm việc của động * Thời gian quá độ Tqđ (Tqđ càng nhỏ càng tốt). cơ sẽ dịch chuyển từ đ−ờng đặc tính nhân tạo này sang đặc tính nhân * số lần dao động n ( n = 2ữ3 là tốt). đạo khác và vạch ra một đ−ờng đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động. Vì vậy có thể định nghĩa: “đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động h ω σ là quỹ tích của các điểm làm việc của động cơ trên vô số các đặc tính max ±5% cơ của hệ điều chỉnh vòng hở”. Hay còn gọi là “quỹ đạo pha trên tọa h∞ ≡ ω độ đặc tính cơ”. xl Việc thay đổi tự động thông số đầu vào đ−ợc thực hiện nhờ mạch phản hồi, mạch này lấy tín hiệu từ thông số đầu ra hoặc một thông số nào đó liên quan đến đầu ra, đ−a trở lại gây tác động lên thông số đầu vào, tạo thành một hệ có liên hệ kín giữa đầu ra và đầu 0 T t qđ vào. Vì vậy ng−ời ta gọi hệ này là hệ “điều chỉnh vòng kín”. Hệ điều chỉnh tự động tuy phức tạp nh−ng đảm bảo các chỉ tiêu chất l−ợng Hình 3-1: Đặc tính quá độ cao. 3.2.2. Chỉ tiêu chất l−ợng tĩnh (chế độ xác lập): c) Nhiễu của các thông số đầu ra: 3.2.2.1. Sai số tĩnh tốc độ s% : Đối với các hệ truyền động và động cơ điện, có hai thông số đầu Là đại l−ợng đặc tr−ng cho sự chính xác duy trì tốc độ đặt (ω ): ra chủ yếu là mômen và tốc độ. Có nhiều loại nhiễu gây tác động lên đ các thông số này nh− điện áp nguồn, tần số l−ới điện, nhiệt độ môI ω − ω 1 s% = 0 .100% = ∆ω * % = (3-1) tr−ờng, hệ số tự cảm của cuộn dây, nh−ng ta quan tâm đến các tác ω c β* động nhiễu loạn chủ yếu. 0 ω - tốc độ làm việc thực của động cơ. Khi điều chỉnh tốc độ, thông số đ−ợc điều chỉnh là ω, thông số điều chỉnh là một trong các thông số tạo ra đặc tính nhân tạo, còn chủ ω0 - tốc độ không tải của động cơ. yếu là phụ tải biểu thị bằng mômen cản Mc, hoặc dòng tải Ic. ∆ωc - độ sụt tốc độ khi mômen tải thay đổi Mc = 0 → Mđm. Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 95 Trang 96 Sai số này càng nhỏ, điều chỉnh càng chính xác, và lí t−ởng ta có Khi đó ta có “hệ điều chỉnh hai vùng tốc độ” và đạt đ−ợc dải hệ điều chỉnh tuyệt đối chính xác khi S% = 0. Thực tế ng−ời ta phải điều chỉnh rộng: thiết kế các hệ truyền động diều chỉnh có độ chính xác đáp ứng yêu ωđm ωmax cầu công nghệ của máy sản xuất, nh− truyền động chính của máy cắt D = ⋅ = DU .DΦ (3-3) gọt kim loại yêu cầu S% ≤ 10%, tryuền động ăn dao : S% ≤ 5%, ωmin ωđm 3.2.2.2. Phạm vi điều chỉnh tốc độ D: Giả thiết các đặc tính cơ là tuyến tính, có độ cứng không đổi β1 ω và β2 = β1, mômen tải không đổi Mc, sai số tốc độ t−ng ứng sẽ là: D = max (3-2) ω min Mc Mc s1 % = .100% ; s2 % = .100% (3-4) ω01.β1 ω02 .β2 D càng lớn càng tốt. Tuy nhiên, giá trị ωmax bị hạn chế bởi độ bền cơ học của động cơ, bởi điều kiện chuyển mạch. Tốc độ ωmin bị Nếu gọi bội số mômen khởi động là Knm2 = Mnm2/Mc thì: chặn bởi yêu cầu về mômen khởi động, về khả năng quá tải và về sai 1 ⎛ ω ⎞ số tốc độ làm việc cho phép. s % = .100% ; hay s % = ⎜1− min ⎟.100% (3-5) 2 K 2 ⎜ ω ⎟ * Ví dụ trên hình 3-2: nm2 ⎝ 02 ⎠ MK. cnm2 ω ⇒ ω min =−()1 s2 . (3-6) β2 ω01 ∆ωc Qua (3-6) ta thấy đ−ợc quan hệ giữa D, s%, β và Knm. ωmax β1 Theo khả năng quá tải, ta có thể xác định phạm vi điều chỉnh: * * ωmax (βtn −1) βmin D = = * ⋅ * (3-7) ωmin (βmin −1)βtn ω02 * β2 Trong đó: βmin = Kqt.Mđm / ω0 ; βmin = K qt ; Kqt = Mnm.min / Mđm ωmin M M M 3.2.3. Độ trơn điều chỉnh tốc độ ϕ : c nm2 Là sự chênh lệch giữa 2 cấp tốc độ liền nhau: Hình 3-2: Xác định phạm vi điều chỉnh ω i+1 Cũng có tr−ờng hợp phối hợp hai ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ ϕ = (3-8) ω động cơ bằng diện nh−: thay đổi điện áp phần ứng động cơ một chiều i sẽ điều chỉnh tốc độ từ ω đến ω , và ph−ơng pháp thay đổi từ thông min đm Trong đó: ωi - là tốc độ ổn định đạt đ−ợc ở cấp i. kích từ thì điều chỉnh tốc độ từ ωđm đến ωmax. ωi+1- là tốc độ ổn định đạt đ−ợc ở cấp kế tiếp (i+1). Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 97 Trang 98 Hệ số ϕ càng nhỏ càng tốt, lý t−ởng là ϕ → 1: đó là hệ điều Đ 3.3. các ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ chỉnh vô cấp. Còn hệ điều chỉnh có cấp nếu: ϕ ≠ 1. điện một chiều bằng thay đổi thông số: 3.2.4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải: 3.3.1. Ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách Với các động cơ thì chế độ làm việc tối −u th−ờng là chế độ định thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng: mức của động cơ. Để sử dụng tốt động cơ khi điều chỉnh tốc độ cần l−u ý đến các chỉ tiêu nh−: dòng điện động cơ không v−ợt quá dòng Từ ph−ơng trình đặc tính cơ tổng quát: định mức của nó, đảm bảo khả năng quá tải về mômen (trong khoảng U R + R thời gian ngắn), đảm bảo yêu cầu về ổn định tĩnh khi có nhiễu v.v ω = − − − −f M (3-10) Kφ (Kφ)2 trong toàn giải điều chỉnh. Vì vậy khi thiết kế hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ, ng−ời ta Ta thấy rằng khi thay đổi R−f thì ω0 = const còn ∆ω thay đổi, vì th−ờng chọn hệ truyền động cũng nh− ph−ơng pháp điều chỉnh, sao vậy ta sẽ đ−ợc các đ−ờng đặc tính điều chỉnh có cùng ω0 và dốc dần cho đặc tính điều chỉnh của hệ bám sát yêu cầu đặc tính của tải. Nếu khi R−f càng lớn, với tải nh− nhau thì tốc độ càng thấp (hình 3-3): đảm bảo đ−ợc điều kiện này thì tổn thất trong quá trình điều chỉnh sẽ ω nhỏ nhất. + U - − ω 0 TN 3.2.5. Chỉ tiêu kinh tế: ω đm Nhiều tr−ờng hợp, chỉ tiêu kinh tế là chỉ tiêu quyết định sự lựa R ω Ckt ktf 1 R−f1 chọn ph−ơng án truyền động. Hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ I ω cần đạt có vốn đầu t− thấp, giá thành hạ, chi phí vận hành, bảo quản, kt 2 R−f2 sửa chữa ít, đặc biệt là tổn thất năng l−ợng khi điều chỉnh và vận hành R−f nhỏ. Năng suất của máy sản xuất do hệ điều chỉnh mang lại. e 0 Mc M I− Tổn thất năng l−ợng bao gồm tổn thất nhiệt và tổn thất cơ: a) b) ∆W = ∆Wj + ∆Wc.t Hình 3-3: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐM bằng cách thay đổi R . ω2 t2 (3-9) đl −f = J .(ω − ω)dω + M .(ω − ω)dt b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi R−f. ∫ Σ 0 ∫ c 0 ω1 t1 Nh− vậy: 0 ω1 > ω2 > , nh−ng nếu Việc tính toán cụ thể các chỉ tiêu liên quan nêu trên sẽ cho thấy ta tăng R−f đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ Mc và nh− thế hiệu quả kinh tế, thời gian hoàn vốn và lợi ích nhờ việc sử dụng hệ động cơ sẽ không quay đ−ợc và động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch, điều chỉnh đã chọn. Th−ờng ng−ời ta căn cứ các chỉ tiêu kỹ thuật để đề ω = 0. Từ lúc này, ta có thay đổi R−f thì tốc độ vẫn bằng không, nghĩa xuất vài ph−ơng án điều chỉnh, sau đó tính toán kinh tế để so sánh là không điều chỉnh tốc độ động cơ đ−ợc nữa, do đó ph−ơng pháp điều hiệu quả và quyết định chọn hệ thống hoặc ph−ơng pháp điều chỉnh chỉnh này là ph−ơng pháp điều chỉnh không triệt để. thông số đầu ra của động cơ. Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 99 Trang 100 3.3.2. Ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách 3.3.3. Ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ: thay đổi điện áp phần ứng của động cơ: Từ ph−ơng trình đặc tính cơ tổng quát: Từ ph−ơng trình đặc tính cơ tổng quát: U −−R Σ U −−R ω =− 2 M ω =− M Kφ ()Kφ (3-11) Kφ ()Kφ 2 (3-12) ⇒−ωω= 0 ∆ω ⇒−ωω= 0 ∆ω Ta thấy rằng khi thay đổi φ thì ω0 và ∆ω đều thay đổi, vì vậy ta Ta thấy rằng khi thay đổi U− thì ω0 thay đổi còn ∆ω = const, vì sẽ đ−ợc các đ−ờng đặc tính điều chỉnh dốc dần (độ cứng β càng giảm) vậy ta sẽ đ−ợc các đ−ờng đặc tính điều chỉnh song song với nhau. và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi φ càng nhỏ, với tải nh− nhau thì Nh−ng muốn thay đổi U− thì phải có bộ nguồn một chiều thay đổi tốc độ càng cao khi giảm từ thông φ (hình 3-4): đ−ợc điện áp ra, th−ờng dùng các bộ biến đổi (hình 3-5): + - ω ~ U− ω ω02 ω0đm ωđm U−đm ω ω2 φ Ckt Rktf 01 2 φ ω1 ω ω1 1 BBĐ U−1>0 0đm ω ω Ikt φ đm φ 2 đm ’ U− M c Mc M I− e e U =0 Mc Mn2 Mn1 M -U − I− −đm - + - ’ a) b) U −1 φ1 > φ2 > thì ωđm < ω1 < ω2 < , nh−ng nếu giảm φ quá nhỏ thì có thể làm cho tốc độ động cơ lớn quá giới hạn Các bộ biến đổi có thể là: Bộ biến đổi máy điện: dùng máy phát cho phép, hoặc làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi do dòng điện một chiều (F), máy điện khuếch đại (MĐKĐ); Bộ biến đổi từ: phần ứng tăng cao, hoặc để đảm bảo chuyển mạch bình th−ờng thì cần khuếch đại từ (KĐT) một pha, ba pha; Bộ biến đổi điện tử - bán dẫn: phải giảm dòng phần ứng và nh− vậy sẽ làm cho mômen cho phép trên các bộ chỉnh l−u (CL) dùng tiristor, các bộ băm điện áp (BĐA) dùng trục động cơ giảm nhanh, dẫn đến động cơ bị quá tải. tiristor, transistor, Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 101 Trang 102 * Ví dụ 3-1: Vậy tốc độ quay cực tiểu của động cơ là: * Cho ĐMđl có các thông số: n min = n min .n 0 = 0,5.1050vg/ ph = 525vg / ph Pđm = 29KW; Uđm = 220V; Iđm = 151A; nđm = 1000vg/ph; Từ giá trị của tốc độ cực đại và tốc độ cực tiểu, ta rút ra phạm vi R− = 0,07Ω; và hệ số quá tảI Kqt = 2. điều chỉnh tốc độ: Hảy xác định tốc độ cực tiểu và dải điều chỉnh theo khả năng n max 1000 quá tải yêu cầu ? D = = =1,9 n min 525 * Giải: * * Từ biểu thức (3-7) thay β min = Kqt = 2; β tn = 20,8; ta cũng đ−ợc Điện trở định mức của động cơ: kết quả D = 1,9. Rđm = Uđm / Iđm = 220V / 151A = 1,45Ω ω Giá trị t−ơng đ−ơng của điện trở phần ứng: ω0 βtn * ωđm R− = R− / Rđm = 0,07Ω /1,45Ω = 0,048 * * ωmin Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên: βtn = 1/R− = 20,8 Βmin * Độ cứng đặc tính cơ thấp nhất: βmin = Kqt = 2 Giá trị t−ơng đối của tốc độ cực đại (tức tốc độ định mức của 0 M M = M M động cơ) sẽ là: đm c.max nm.min ω n 1 n* = ω* = đm = đm =1− = 1 - R * Hình 3-6: Sơ đồ giải thích về phạm vi điều chỉnh tốc độ max max ω n β* − theo khả năng quá tải yêu cầu 0 0 = 1 - 0,048 = 0,0952 Qua ví dụ trên ta thấy phạm vi điều chỉnh nh− vậy là rất hep. Tốc độ không tải lý t−ởng: Tuy nhiên, nếu xét theo yêu cầu về sai số tốc độ cho phép thì dảI điều chỉnh còn hẹp hơn nữa hoặc thậm chí còn không thể điều chỉnh n đm 1000vg/ ph n 0 = * = =1050vg / ph đ−ợc tốc độ. Thực vậy, ta biết: n đm 0,0952 * * s% = ∆ω = R Σ Giá trị t−ơng đối của tốc độ cực tiểu: c − * * ωmin = ω0 - ωc.cp ; và ω min = 1 - s% = 1 - R −Σ * * 1 1 n min = ωmin = 1− * = 1− = 0,5 Nếu s% = 10% thì D = 1,05 ≈ 1, nghĩa là hầu nh− không thể β 2 cp min điều chỉnh đ−ợc. Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 103 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ph−ơng trình đặc tính cơ trong tr−ờng hợp này là: 2.4.4. Các đặc tính cơ khi hãm động cơ ĐK: 2M Động cơ điện ĐK cũng có ba trạng thái hãm: hãm tái sinh, hãm M ≈ th (2-83) s s ng−ợc và hãm động năng. + th s s 2.4.4.1. Hãm tái sinh: th Động cơ ĐK khi hãm tái sinh: ω > ω , và có trả năng l−ợng về R ' 3U 2 o Với: s ≈ 2Σ ; và M ≈ 1f (2-84) l−ới. th th X nm 2ω0X nm Hãm tái sinh động cơ ĐK th−ờng xảy ra trong các tr−ờng hợp ’ Và: ω > ω0 ; I 2 = Ihts ωo (nh− hình 2-34a,b), hay khi giảm tốc độ động cơ bằng cách tăng số đôi cực (nh− b) Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách tăng số đôi cực: hình 2-35a,b), hoặc khi động cơ truyền động cho tải có dạng thế năng Động cơ đang làm việc ở điểm A, với p1, nếu ta tăng số đôi cực lúc hạ tải với |ω| > |-ωo| bằng cách đảo 2 trong 3 pha stato của động cơ lên p > p thì động cơ sẽ chuyển sang đặc tính có ω và làm việc với (nh− hình 2-6a,b). 2 1 2 tốc độ ω > ω2, trở thành máy phát, hay là HTS, hình 2-35. a) Hãm tái sinh khi MSX trở thành nguồn động lực: Trong quá trình làm việc, khi máy sản xuất (MSX) trở thành ~ ω (đ/c) nguồn động lực làm quay rôto động cơ với tốc độ ω > ω , động cơ trở 0 ω01 A thành máy phát phát năng l−ợng trả lại nguồn, hay gọi là hãm tái sinh, B(m/f) ω hình 2-34. ĐK MSX 02 HTS C p1 p . 2 1 R2f M 0 M hts Ph−ơng trình đặc tính cơ trong tr−ờng hợp này chỉ khác là: ' 2 a) b) R 2Σ 3U1f 2πf1 s th ≈ ; M th ≈ ; và ω0 = ; (2-85) Hình 2-34: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi hãm tái sinh (HTS) X nm2 2ω02Xnm2 p2 b) Đặc tính hãm tái sinh khi: ω > ’ Và: ω > ω02 ; I 2 = Ihts < 0 ; M = Mhts < 0 (đoạn Bω02) Trang 70 Trang 71 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động c) Hãm tái sinh khi đảo chiều từ tr−ờng stato động cơ: 2.4.4.2. Hãm ng−ợc động cơ ĐK: Động cơ đang làm việc ở chế độ động cơ (điểm A), nếu ta đảo Hãm ng−ợc là khi mômen hãm của động cơ ĐK ng−ợc chiều với chiều từ tr−ờng stato, hay đảo 2 trong 3 pha stato động cơ (hay đảo thứ tốc độ quay (M ng−ợc chiều với ω). Hãm ng−ợc có hai tr−ờng hợp: tự pha điện áp stato động cơ), với phụ tải là thế năng, động cơ sẽ đảo a) Hãm ng−ợc bằng cách đ−a điện trở phụ lớn vào mạch rôto: chiều quay và làm việc ở chế độ máy phát (hay hãm tái sinh, điểm D), nh− trên hình 2-36. Nh− vậy khi hạ hàng ta có thể cho động cơ làm Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đóng thêm điện trở hãm lớn việc ở chế độ máy phát, đồng thời tạo ra mômen hãm để cho động cơ (Rhn> = R2f>) vào mạch rôto, lúc này mômen động cơ giảm (M , và đoạn CD là đoạn hãm ng−ợc, s ≈ 2Σ ; M ≈ 1f ; (2-86) th X th 2(−ω )X động cơ làm việc nh− một máy phát nối tiếp với l−ới điện (hình 2-37). nm 0 nm Động cơ vừa tiêu thụ điện từ l−ới vứa sử dụng năng l−ợng thừa từ tải để tạo ra mômen hãm. Và : |ω0| > |-ω0| , M = Mhts (điểm D, hạ tải ở chế độ HTS). ' ' R 2 + R 2f > s th ≈ ; ω X nm (1) Với: (2-87) ~ 2 ω0 A (đ/c) 3U1f và M th ≈ 2ω0X nm ~ MSX ω ĐK 0 M M c ω (2) 0 A (đ/c) B -ω 0 R2f> R2f G D(m/f) HTS ĐK C a) b) 0 Mn Mc M HN R2f> ωụđ D H ình 2-36: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi HTS bằng cách đảo 2 trong 3 pha stato động cơ ĐK a) b) b) Đặc tính HTS đảo 2 trong 3 pha stato động cơ (hay đảo thứ tự pha điện áp stato động cơ ĐK Hình 2-37: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi hãm ng−ợc với R2f> . b) Đặc tính hãm ng−ợc (HN) khi có: R2f>. Trang 72 Trang 73 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động b) Hãm ng−ợc bằng cách đảo chiều từ tr−ờng stato: 2.4.4.3.Hãm động năng động cơ ĐK: Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều từ tr−ờng stato Có hai tr−ờng hợp hãm động năng động cơ ĐK: (đảo 2 trong 3 pha stato động cơ, hay đảo thứ tạ pha điện áp stato), a) Hãm động năng kích từ độc lập (HĐN KTĐL): hình 2-38. Khi đảo chiều vì dòng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ ~ Φ vào để hạn chế không quá dòng cho phép Iđch ≤ Icp, nên động cơ sẽ Rđch chuyển sang điểm B, C và sẽ làm việc xác lập ở D nếu phụ tải ma sát, K F H + ω còn nếu là phụ tảI thế năng thì động cơ sẽ làm việc xác lập ở điểm E. U Mh + + 1c e Đoạn BC là đoạn hãm ng−ợc, lúc này dòng hãm và mômen hãm của - + + 2 động cơ. ĐK R i2 R ' + R ' 3U2 MSX Với: s ≈ 2 2f ; M ≈ 1f ; (2-88) th X th 2(−ω )X F nm 0 nm R 2f b) ω − ω a) s = 0 > l (2-89) ω0 Hình 2-39: a)Sơ đồ nối dây ĐK khi HĐN KTĐL b) Sơ đồ nguyên lý tạo mômen hãm HĐN KTĐL ω ~ (1) Động cơ đang làm việc với l−ới điện (điểm A), khi cắt stato B ω0 A (đ/c) động cơ ĐK ra khỏi l−ới điện và đóng vào nguồn một chiều (U1c) độc lập nh− sơ đồ hình 2-39a. HN Do động năng tích lũy trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay MSX C M’ và nó làm việc nh− một máy phát cực ẩn có tốc độ và tần số thay đổi, ĐK c Mh.bđ 0 M M và phụ tải của nó là điện trở mạch rôto. D ω c ôđ Khi cắt stato khỏi nguồn xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều thì dòng một chiều này sẽ sinh ra một từ tr−ờng đứng yên Φ so R2f -ω0 với stato nh− hình 2-39b. Rôto động cơ do quán tính vẫn quay theo a) b) chiều cũ nên các thanh dẫn rôto sẽ cắt từ tr−ờng đứng yên, do đó xuất hiện trong chúng một sức điện động e2. H ình 2-38: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi Hãm ng−ợc bằng cách Vì rôto kín mạch nên e2 lại sinh ra i2 cùng chiều. Chiều của e2 và đảo 2 trong 3 pha stato động cơ ĐK i xác định theo qui tắc bàn tay phải: “+” khi e có chiều đi vào và “•” b) Đặc tính HN đảo chiều từ tr−ờng stato ĐK 2 2 là đi ra. T−ơng tác giữa dòng i2 và Φ tạo nên sức từ động F có chiều xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 2-39b). Trang 74 Trang 75 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Chú ý rằng, trong tr−ờng hợp hãm ng−ợc vì: 2 Và: a = 3 ; A = Lực F sinh ra mômen hãm Mh có chiều ng−ợc với chiều quay 3 của rôto ω làm cho rôto quay chậm lai và sức điện động e2 cũng giảm dần. Đối với các sơ đồ đấu dây khác nhau của mạch stato, ta có thể xác định hệ số A theo bảng 2-2. * Để thành lập ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ ĐK khi hãm động năng ta thay thế một cách đẳng trị chế độ máy phát đồng bộ Bảng 2-2 có tần số thay đổi bằng chế độ động cơ không đồng bộ. Nghĩa là cuộn + Sơ đồ đấu dây mạch stato và đồ thị véc tơ sức điện động: dây stato thực tế đấu vào nguồn một chiều nh−ng ta coi nh− đấu vào R R Rđch Rđch đch nguồn xoay chiều. đch +Um +Um +Um +Um Điều kiện đẳng trị ở đây là sức từ động do dòng điện một chiều I /3 I /2 W1 Imc W1 Imc mc 2Imc/3 mc Imc/2 (F ) và dòng điện xoay chiều đẳng trị (F ) sinh ra là nh− nhau: mc 1 Imc Imc/2 Imc/2 W1 W1 W F = F (2-90) W1 1 - 1 mc - - - Imc/3 Sức từ động xoay chiều do dòng đẳng trị (I1) sinh ra là: c) d) 3 a) b) F1 = 2.w1.I1 (2-91) 2 30o I W 2I W /3 o Sức từ động một chiều do dòng một chiều thực tế sinh ra phụ I W mc 1 mc 1 30 I W /2 thuộc vào cách đấu day của mạch stato khi hãm và biểu diễn tổng quát mc 1 F F mc 1 mc ImcW1/2 ImcW1/3 mc Fmc Fmc nh− sau: ImcW1 ImcW1/2 ImcW1/2 ImcW1/3 Fmc = a.w1.Imc (2-92) Cân bằng (2-91) và (2-92) và rút ra: a.w 2 2 2 1 I = 1 I = A.I (2-93) Hệ số A: a) : ; b) : ; c) : ; d) : ; 1 3 mc mc 3 2 3 2 3 2.w1 2 Trong đó: a, A là các hệ số phụ thuộc sơ đồ nối mạch stato khi Dựa vào sơ đồ thay thế một pha của động cơ trong chế độ hãm hãm động năng nh− bảng (2-2). động năng để xây dựng đặc tính cơ (hình 2-40). Ví dụ, theo bảng (2-2), sơ đồ nối dây và đồ thị vectơ (a): ở chế độ động cơ ĐK thì điện áp đặt vào stato không đổi, đó là o nguồn áp I Φ Fmc = 2Imc .w1 cos30 = 3.w1.Imc (2-94) , dòng từ hóa à từ thông không đổi, còn dòng điện stato I1, dòng điện stato I2 biến đổi theo độ tr−ợt s. Trang 76 Trang 77 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Còn ở trạng thái hãm động năng kích từ độc lập, vì dòng điện Từ sơ đồ thay thế ta có: một chiều Imc không đổi nên dòng xoay chiều đẳng trị cũng không đổi, ' ' * do đó nguồn cấp cho stato là nguồn dòng. Mặt khác, vì tổng trở mạch ' E 2 E 2 .ω I2 = = (2-96) ' 2 '2 ' * 2 rôto khi hãm phụ thuộc vào tốc độ nên dòng rôto I2 và dòng từ hóa Ià ⎛ R ⎞ R 2Σ + (X 2 .ω ) ⎜ 2Σ ⎟ + X'2 đều thay đổi, vậy nên từ thông Φ ở stato thay đổi theo tốc độ. ⎜ * ⎟ 2 ⎝ ω ⎠ ’ X 2 I .X .ω* ' à à Hay: I2 = (2-97) I’ '2 ' * 2 2 ’ * R 2Σ + (X 2.ω ) R 2 / ω I X ' ' ' 1 ’ à Trong đó: R = R + R E 2 2Σ 2 2f ’ Ià * Theo đồ thị vectơ ta có: R 2f / ω I2 = (I + I' sin ϕ )2 + (I' sin ϕ )2 ; 1 à 2 2 2 2 Hình 2-40: Sơ đồ thay thế khi hãm động năng ĐK 2 2 '2 ' 2 Hay I1 = Ià + I2 + 2Ià .I2 sin ϕ2 ) ; (2-98) Trong chế độ làm việc của động cơ ĐK, độ tr−ợt s là tốc độ cắt Trong đó: t−ơng đối của thanh dẫn rôto với từ tr−ờng stato, ở trạng thái hãm ' * động năng nó đ−ợc thay bằng tốc độ t−ơng đối: X 2 .ω sin ϕ2 = (2-99) ω R '2 + (X' .ω* )2 ω* = (2-95) 2Σ 2 ωo ' Thay I2 và sinφ2 vào (2-98), ta có: I1 I2 X 2ω*2 2I2 X X' ω*2 Từ sơ đồ thay 2 2 à à à à 2 I1 = Ià + + (2-100) φ2 '2 ' * 2 '2 ' * 2 thế hình 2-39, ta có R 2Σ + (X2ω ) R 2Σ + (X2ω ) đồ thị vectơ dòng I Từ đó rút ra: điện nh− hình 2-41. à ’ φ2 I 2 2 ⎛ ⎞ I1 E’ ⎜ ⎟ −1 2 ⎜ I ⎟ * ' ⎝ à ⎠ ω = R 2Σ 2 (2-101) Hình 2-41: Đồ thị vectơ ⎛ I ⎞ (X' + X )2 − ⎜ 1 ⎟ X'2 dòng điện khi HĐN 2 à ⎜ ⎟ 2 ⎝ Ià ⎠ Trang 78 Trang 79 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Từ các biểu thức (2-98) ữ (2-100), sau khi biến đổi ta có: Các đ−ờng đặc tính hãm động năng đ−ợc biểu diễn nh− trên ' ' * hình 2-42. Trên đó: đ−ờng (1) và (2) có cùng điện trở R 2Σ(1) = R 2Σ(2) ' Ià .Xà .ω I2 = (2-102) nh−ng có M > M nên dòng một chiều t−ơng ứng I > I . R '2 + (X' + X )2 .ω*2 th2 th1 mc2 mc1 2Σ 2 à Nh− vậy khi thay đổi nguồn một chiều đ−a vào stato động cơ khi T−ơng tự nh− đã xét ở động cơ ĐK, ta xác định đ−ợc mômen: hãm động năng thì sẽ thay đổi đ−ợc mômen tới hạn. ' '2 R 2Σ 3I2 2 ω * ω M = (2-103) ω ω Mc( ) ωo ω0 '2 ' * A (đ/c) 3I2 XàR 2Σω Hay: M = 2 (2-104) (3) (1) ω [R '2 + (X' + X )2 ω* ] (2) o 2Σ 2 à ω* th2 * HĐN Đ−ờng cong M = f(ω ) cũng đ−ợc khảo sát t−ơng tự nh− với * đ−ờng cong đặc tính cơ của động cơ ĐK và cho ta những kết quả: ω th1 ' R M M 0 M ω* = 2Σ (2-105) th2 th1 th X + X' à 2 Hình 2-42: Đặc tính cơ của động cơ ĐK khi HĐN-KTĐL 2 2 3I1 Xà M th.th = ' (2-106) Còn đ−ờng (2) và (3) thì có cùng dòng điện một chiều nh−ng 2ωo (Xà + X 2 ) ' ' điện trở R 2Σ(2) < R 2Σ(3) . 2M th.th Nh− vậy khi thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto hoặc dòng Và: M = * * (2-107) ω ωth điện một chiều trong stato động cơ khi hãm động năng thì sẽ thay đổi * + * ωth ω đ−ợc vị trí của đặc tính tính cơ. Biểu thức (2-107) là ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ ĐK b) Hãm động năng tự kích từ: khi hãm động năng kích từ độc lập. Động cơ đang hoạt động ở chế độ động cơ (tiếp K kín, tiếp điểm ' * H hở), khi cho K hở, H kín lại, động cơ sẽ chuyển sang chế độ hãm Ta thấy rằng, khi thay đổi R2f thì R 2Σ thay đổi, nên ωth thay động năng tự kích từ. Khi đó, dòng điện Imc không phải từ nguồn điện đổi, còn Mth = const, còn khi thay đổi dòng điện xoay chiều đẳng trị một chiều bên ngoài, mà sử dụng ngay năng l−ợng của động cơ thông I1, nghĩa là thay đổi dòng điện một chiều Imc, thì mômen Mth thay đổi, qua bộ chỉnh l−u ở mạch rôto (hình 2-43a) hoặc bộ tụ điện ở mạch * còn ωth = const. stato. Trang 80 Trang 81 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Tốc độ từ tr−ờng quay: ωo = 1000/9,55 = 104,7 rad/s ~ Pđm .1000 11.1000 Φ Mômen định mức: Mđm = = =110,2N.m K F ωđm 99,8 ω M + + h ω − ω 104,7 − 99,8 e2 o đm H H + + Độ tr−ợt định mức: sđm = = = 0,05 MSX ωo 104,7 ĐK R i2 Rđch Điện kháng mạch hóa Xà đ−ợc xác định theo s.đ.đ. và dòng điện F không tải của stato (coi dòng không tải bằng dòng từ hóa): E 212 CL X = 1.0 = =11,05 Ω à I 19,2 a) b) 1.0 200 (với: E1.0 = K e .E 2nmf =1,84. = 212 V ) H ình 2-43: a)Sơ đồ nối dây ĐK khi HĐN TKT 3 b) Sơ đồ nguyên lý tạo mômen hãm HĐN TKT Điện kháng rôto qui đổi về stato: * Ví dụ 2-6: ' 2 2 X 2 = X 2 .K e = 0,27.1,84 = 0,92 Ω Hãy lựa chọn đặc tính cơ hãm động năng và xác định các thông Theo yêu cầu của đề bài ta có thể chọn đặc tính hãm động năng số mạch hãm, gồm dòng điện một chiều Imc cấp vào cuộn dây stato và có mômen tới hạn là: Mth.đn = Mh.max = 2,5Mđm. điện trở phụ Rh nối vào mạch rôto của động cơ không đồng bộ rôto * dây quấn sao cho mômen hãm cực đại đạt đ−ợc Mh.max = 2,5Mđm và Tốc độ tới hạn ωth có thể chọn bằng tốc độ hãm ban đầu: hiệu quả hãm cao. Số liệu cho tr−ớc: Động cơ 11KW; 220V; * * 953vg/ph, λ = Mth/Mđm = 3,1; cosφđm = 0,71; cosφo (không tải) = 0,24; ωth = ωbđ = ωđm / ωo I = 28,4A; I (không tải) = 19,2A; R = 0,415Ω; X = 0,465Ω; 1đm 1.0 1 1 Khi đó ta có đặc tính hãm là đ−ờng 2 trên hình 2-38. Rõ ràng E (điện áp dây) = 200V; I = 35,4A; r = 0,132Ω; X = 0,27Ω; và 2nm 2đm 2 2 đặc tính này có hiệu quả hãm thấp vì mômen giảm gần nh− tuyến tính Ke = 1,84. từ tốc độ ban đầu ωbđ = ωđm cho đến ω = 0. * Giải: Để cho việc hãm có hiệu quả cao, ta cần tạo ra một đặc tính cơ Tr−ớc hết, xác định thêm các thông số của động cơ: đảm bảo bao một diện tích lớn nhất giữa nó với trục tung của đồ thị Tốc độ định mức: (vùng gạch sọc trên hình 2-44). Khi đó mômen hãm trung bình trong toàn bộ quá trình hãm sẽ là lớn nhất. Việc tính toán cho thấy đặc tính n 953 * ω = đm = = 99,8 rad/s cơ dạng này có tốc độ tới hạn: ωth.tu = 0,407. đm 9,55 9,55 Trang 83 Trang 82 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Vậy đặc tính cơ hãm động năng đ−ợc chọn là đ−ờng (1) trên ' * ' R 2t = ωth (Xà + X 2 ) = 0,407.(11,05 + 0,92) = 4,87Ω hình 2-44. T−ơng ứng với giá trị tr−ớc khi qui đổi là: ω ' 2 2 R 2t = R 2t / K e = 4,87 /1,84 =1,44Ω ω0 0,05 Vậy điện trở phụ cần nối vào mạch rôto là: ωbđ =ωđm (1) Rh = R2t - r2 = 1,44 - 0,132 = 1,308 Ω 2.4.5. Đảo chiều động cơ ĐK: (2) Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận * trên đặc tính cơ tự nhiên thuận với tải M : ω th.t− c 2M (1+ as ) M = th th (2-108) s s th + + 2asth Mh.max = Mth.đn Mđm 3,1Mđm M s th s Hình 2-44: Đặc tính cơ TN và đặc tính cơ hãm ĐN ω Từ biểu thức của mômen tới hạn hãm động năng (biểu thức 2- ~ ω0 106) ta rút ra biểu thức tính dòng điện xoay chiều đẳng trị I1: A (đ/cT) s M .2ω (X + X' ) thT I = th.đn o à 2 = 1 2 M’ 3Xà MSX c ĐK 0 M M 2,5.110,2.2.104,7.(11,05 + 0,92) c = = 43,4A s 3.11,052 thN R B (đ/cN) -ω0 Qua hệ số tỷ lệ A của sơ đồ nối dây stato vào nguồn điện một 2f chiều khi hãm, ví dụ chọn sơ đồ 1 trong bảng 2-2, ta có: a) b) A = 2 3 = 0,815, ta xác định đ−ợc dòng điện một chiều cần thiết: Hình 2-45: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi đảo 2 trong 3 pha I = I /A = 43,4/0,815 = 53A mc 1 stato động cơ ĐK Từ biểu thức của tốc độ tới hạn (2-74) ta xác định đ−ợc giá trị b) Đặc tính cơ khi làm việc thuận (A) và ng−ợc (B) điện trở trong mạch rôto khi hãm: Trang 84 Trang 85 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Muốn đảo chiều động cơ, ta có thể đảo chiều từ tr−ờng stato Nh− vậy đặc tính cơ của động cơ ĐĐB này tong phạm vi mômen (±ωo), hay đảo thứ tự pha điện áp (u1) động cơ ĐK (th−ờng đảo 2 trong cho phép M ≤ Mmax là đ−ờng thẳng song song với trục hoành, với độ 3 pha stato). Khi đảo chiều, dòng đảo chiều rất lớn nên phải cho thêm cứng β = ∞ và đ−ợc biểu diễn trên hình 2 -46. điện trở phụ vào mạch rôto để hạn chế I ≤ I . đch cp Tuy nhiên khi mômen v−ợt quá trị số cực đại cho phép M > Khi động cơ ĐK làm việc ở chiều ng−ợc lại thì Mth sẽ đảo dấu Mmax thì tốc độ động cơ sẽ lệch khỏi tốc độ đồng bộ. và s > 1 nh− hình 2-45: th 2.5.2. Đặc tính góc của động cơ ĐĐB: Động cơ quay ng−ợc chiều t−ơng ứng với điểm B trên đặc tính cơ tự nhiên bên ng−ợc, hoặc trên đặc tính cơ nhân tạo ng−ợc. Trong nghiên cứu tính toán hệ truyền động dùng động cơ ĐĐB, ng−ời ta sử dụng một đặc tính quan trọng là đặc tính góc. Nó là sự phụ Đ 2.5. ĐặC TíNH CƠ CủA động cơ đồng bộ (ĐĐB) thuộc giữa mômen của động cơ với góc lệch vectơ điện áp pha của l−ới Ul và vectơ sức điện động cảm ứng E trong dây quấn stato do từ 2.5.1. Đặc tính cơ của động cơ ĐĐB: tr−ờng một chiều của rôto sinh ra: Khi đóng stato của động cơ đồng bộ vào l−ới điện xoay chiều có M = f(θ) tần số f1 không đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ đồng bộ không phụ thuộc vào tải: • 2πf C φ - θ ω = 1 (2-109) U1 0 p Ulsinθ jix s B ~ A • ω θ E φ • MSX ω0 I ĐKB H ình 2-47: Đồ thị vectơ của mạch stato của động cơ ĐĐB Rđch Đặc tính này đ−ợc xây dựng bằng cách sử dụng đồ thị vectơ của mạch stato vẽ trên hình 2-47 với giả thiết bỏ qua điện trở tác dụng + Uđk - 0 Mđm M của cuộn dây stato (r1 ≈ 0). Trên đồ thị vectơ hình 2-47: a) b) Ul - điện áp pha của l−ới (V) Hình 2-46: Sơ đồ nối dây và đặc tính cơ của động cơ ĐĐB E - sức điện động pha stato (V) Trang 86 Trang 87 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động I - dòng điện stato (A) Trang 88 θ - goác lệch giữa Ul và E; Khi θ = π/2 ta có biên độ cực đại của hình sin là: φ - góc lệch giữa vectơ điện áp U và dòng điện I. 3EU l M = l (2-116) m ω x Xs = xà + x1 - điện kháng pha của stato là tổng của điện kháng 0 s mạch từ hóa xà và điện kháng cuộn dây 1 pha của stato x1 Ph−ơng trình (2-115) có thể viết gọn hơn: (Ω) M = Mmsinθ (2-117) Từ đồ thị vectơ ta có: Mm đặc tr−ng cho khả năng quá tảI của động cơ. Khi tải tăng U cosϕ = Ecos(ϕ − θ) (2-110) π l góc lệch pha θ tăng. Nếu tải tăng quá mức θ > , mômen giảm. Từ tam giác ABC tìm đ−ợc: 2 Động cơ đồng bộ th−ờng làm việc định mức ở trị số của góc CB U sin θ cos(ϕ − θ) = = l (2-111) lệch θ = 20o ữ 25o. Hệ số tải về mômen t−ơng ứng sẽ là: CA Ixs M m Thay (2-110) vào (2-111) ta đ−ợc: λ M = = 2 ữ 2,5 M đm Ul sin θ U1 cos ϕ = E (2-112) Những điều đã phân tích ở trên chỉ đúng với những động cơ Ixs đồng bộ cực ẩn và mômen chỉ xuất hiện khi rôto có kích từ. Còn đối với những động cơ đồng bộ cực lồi, do sự phân bố khe hở không khí EUl Hay: U1Icosϕ = sin θ (2-113) không đều giữa rôto và stato nên trong máy xuất hiện mômen phản x s kháng phụ. Do đó đặc tính góc có biến dạng ít nhiều, nh− đ−ờng nét Vế trái của (2-113) là công suất 1 pha của động cơ. đứt trên hình 2-48. Vậy công suất 3 pha của động cơ: M EU P = 3 l sin θ (2-114) Mm x s 3π/2 Mômen của động cơ: 0 π/2 π 2π θ P 3EUl M = = sin θ (2-115) ω0 ω0 x s (2-115) là ph−ơng trình đặc tính góc của động cơ ĐĐB. Theo đó Hình 2-48: Đặc tính góc của động cơ đồng bộ ta có đặc tính góc là đ−ờng cong hình sin nh− trên hình 2-48. Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 89 Trang 90 Câu hỏi ôn tập 9. Có thể biểu thị ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ bằng những biểu thức nào ? Viết các ph−ơng trình đó, giải 1. Có thể biểu diễn ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ một thích các đại l−ợng và cách xác định các đại l−ợng đó khi viết ph−ơng chiều kích từ độc lập bằng mấy dạng ? hảy viết các dạng ph−ơng trình trình và dựng đặc tính cơ ? đó ? Giải thích các đại l−ợng trong ph−ơng trình và cách xác định các 10. Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên theo các số liệu định mức trong đại l−ợng đó ? Vẽ dạng đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ĐMđl ? catalo: dạng chính xác, dạng gần đúng và dạng tuyến tính hóa ? 2. Đơn vị t−ơng đối là gì ? Đơn vị t−ơng đối của các đại l−ợng 11. Biểu thức xác định độ cứng đặc tính cơ ? Biểu thị quan hệ điện, cơ của động cơ ĐMđl đ−ợc xác định nh− thế nào ? Viết ph−ơng trình đặc tính cơ ở dạng đơn vị t−ơng đối ? ý nghĩa của việc sử dụng giữa độ cứng đặc tính cơ với độ tr−ợt định mức và điện trở mạch rôto ph−ơng trình dạng đơn vị t−ơng đối ? của động cơ ĐK ? 12. Có những thông số nào ảnh h−ởng đến dạng đặc tính cơ của 3. Độ cứng đặc tính cơ của ĐMđl có biểu thức xác định nh− thế nào ? Giá trị t−ơng đối của nó ? Biểu thị quan hệ giữa độ cứng với sai động cơ ĐK ? Cách nối dây động cơ ĐK để tạo ra đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi các thông số này ? Dạng các hộ đặc tính cơ nhân tạo và số tốc độ và điện trở mạch phần ứng (theo đơn vị t−ơng đối). ý nghĩa ứng dụng thực tế của chúng ? của độ cứng đặc tính cơ ? 13. Vẽ các dạng đặc tính cơ khi khởi động động cơ ĐK hai cấp 4. Cách vẽ đặc tính cơ của ĐM ? Cách xác định các đại l−ợng: đl tốc độ ? Khi khởi động động cơ ĐK, các đại l−ợng: hệ số tr−ợt tới hạn, M , ω , ω , I , M , để vẽ đ−ờng đặc tính này ? đm đm 0 nm nm mômen tới hạn thay đổi nh− thế nào ? Các biểu thức xác định các đại 5. Có những thông số nào ảnh h−ởng đến dạng đặc tính cơ của l−ợng đó ? Th−ờng mômen khởi động lớn nhất của động cơ ĐK bằng ĐMđl ? họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi thông số đó ? Sơ đồ nối bao nhiêu mômen tới hạn của động cơ ? dây, ph−ơng trình đặc tính, dạng của các họ đặc tính nhân tạo, nhận 14. Động cơ ĐK có mấy trạng thái hãm ? Cách nối dây động cơ xét về ứng dụng của chúng ? để thực hiện các trạng thái hãm và điều kiện để xảy ra hãm ? Giải 6. Tại sao khi khởi động ĐMđl th−ờng phải đóng thêm điện trở thích quan hệ năng l−ợng giữa máy sản xuất (tải của động cơ) và động phụ vào mạch phần ứng động cơ ? Các dòng điện khởi động lớn nhất cơ ở từng trạng thái hãm ? ứng dụng thực tế của các trạng thái hãm ? và nhỏ nhất khi khởi động ĐMđl th−ờng khống ở mức nào ? Vẽ các đặc tính cơ khi khởi động ĐM với 2 cấp điện trở khởi động ? 15. Giải thích ý nghĩa của đặc tính cơ và đặc tính goác của động đl cơ đồng bộ ? Sự phụ thuộc giữa mômen cực đại của động cơ với điện 7. Động cơ ĐMđl có mấy ph−ơng pháp hãm ? Điều kiện để xảy áp l−ới ? Mômen cực đại ở đặc tính góc có ý nghĩa nh− thế nào với ra các trạng thái hãm đó ? Sơ đồ nối dây động cơ khi thực hiện các đặc tính cơ của động cơ ĐĐB ? ứ trạng thái hãm ? ng dụng thực tế của các trạng thái hãm đó ? Giải thích quan hệ về chiều tác dụng của các đại l−ợng điện và chiều truyền năng l−ợng trong hệ ở các trạng thái hãm ? 8. Sự khác nhau giữa động cơ một chiều kích từ nối tiếp với ĐMđl về cấu tạo, từ thông, dạng đặc tính cơ, các ph−ơng pháp hãm ? Có nhận xét gì về đặc điểm và khả năng ứng dụng của ĐMnt thực tế ? Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 91 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Qua biểu thức (3-13), (3-14), (3-15), (3-16) ta thấy rằng khi Đ 3.4. các ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ thay đổi các thông số điện trở, điện kháng, điện áp, tần số, số đôi cực Không đồng bộ bằng thay đổi thông số: thì sẽ thay đổi đ−ợc sth, Mth và sẽ điều chỉnh đ−ợc tốc độ của động cơ ĐK. 3.4.1. Vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK: 3.4.2. Điều chỉnh tộc độ động cơ ĐK bằng cách Động cơ ĐK, đ−ợc sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm nổi thay đổi điện trở phụ mạch rôto (R ): bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu t− ít, giá 2f thành hạ, trọng l−ợng, kích th−ớc nhỏ hơn khi dùng công suất định Qua các biểu thức (3-14), (3-15), khi thay đổi điện trở phụ trong mức so với động cơ một chiều. mạch rôto động cơ ĐK sẽ làm cho sth thay đổi tỷ lệ còn Mth thì không thay đổi, vì vậy sẽ thay đổi đ−ợc tốc độ ω của động cơ ĐK nh− trên Sử dụng trực tiếp l−ới điện xoay chiều 3 pha hình 3-6: Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi ~ động xấu, (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ). ω ω0 Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán ωTN TN dẫn công suất và kỹ thuật điện tin học, động cơ ĐK mới đ−ợc khai S thác các −u điểm của chúng. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh ĐK th.TN ω1 R có hiệu quả so với hệ Tiristor - Động cơ điện một chiều. 2f1 S ω2 Qua ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ ĐK: th.1 R2f2 2M (I + as ) R th th R2f 2f.ic M = (3-13) Sth.2 s s th + + 2asth sth s 0 Mnm Mc Mth M R ' Trong đó: s = ± 2Σ (3-14) a) b) th 2 2 R1 + X nm Hình 3-6: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ. 3.U 2 b) Các đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK Và: M = ± 1f (3-15) th 2 2 2ωo .(R1 ± R1 + X nm ) * Nguyên lý điều chỉnh: khi thay đổi R2f với các giá trị khác ' R nhau, thì sth sẽ thay đổi tỷ lệ, con` Mth = const, ta sẽ đ−ợc một họ đặc s = ± 2Σ (3-16) th 2 2 tính cơ có chung ωo, Mth, có tốc độ khác nhau và có các tốc độ làm R1 + X nm việc xác lập t−ơng ứng. Trang 104 Qua hình 3-6, ta có: Mth = const Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 105 Trang 106 Và: 0 ω1 > ω2 > > ωic > 3.4.3. Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato (us): Nh− vậy, khi cho R2f càng lớn để điều chỉnh tốc độ càng nhỏ, thì Mômen động cơ ĐK tỉ lệ với bình ph−ơng điện áp stato, nên có độ cứng đặc tính cơ càng dốc, sai số tĩnh càng lớn, tốc độ làm việc thể điều chỉnh mômen và tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện càng kém ổn định, thậm chí khi R2f = R2f.ic, dẫn đến Mn = Mc cho động áp stato và giữ tần số không đổi nhờ bộ biến đổi điện áp xoay chiều cơ không quay đ−ợc (ω = 0). (ĐAXC) nh− hình 3-7: ~ Và khi thay đổi các giá trị R2f.i > R2f.ic thì tốc độ động cơ vẫn ω TN, uđm, R2f = 0 bằng không (ω = 0), nghĩa là không điều chỉnh đ−ợc tốc độ, hay còn ω0 đ/tGH, u , R ≠ 0 gọi là điều chỉnh không triệt để. Uđk ωTN đm 2f ĐAXC S * Các chỉ tiêu chất l−ợng của ph−ơng pháp: th.TN u s% . Sth.gh cp ĐK Phạm vi điều chỉnh hẹp (th−ờng D = 2 ữ 3). M (ω) Độ tinh khi điều chỉnh: φ ≠ 1 (điều chỉnh có cấp). c R 2f Vùng điều chỉnh d−ới tốc độ định mức (ω < ωđm). 0 Mth2 Mth1 Mth M Phù hợp với phụ tải thế năng, vì khi điều chỉnh mà giữ dòng a) b) điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi (M ~ Mc). * Ưu: Ph−ơng pháp thay đổi điện trở phụ mạch rôto để điều Hình 3-7: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ đ/c ĐK bằng ustato. b) Các đặc tính điều chỉnh bằng u đ/c ĐK chỉnh tốc độ động cơ ĐK nh− trên có −u điểm là đơn giản, rẻ tiền, dễ stato điều chỉnh tốc độ động cơ. Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho các phụ tảI dạng thế năng (Mc = const). Nếu coi bộ ĐAXC là nguồn lí t−ởng (Zb = 0), khi ub ≠ uđm thì mômen tới hạn M tỉ lệ với bình ph−ơng điện áp, còn s = const: * Nh−ợc điểm: Tuy nhiên, ph−ơng pháp này cũng có nh−ợc th.u th.u 2 điểm là điều chỉnh không triệt để; khi điều chỉnh càng sâu thì sai số ⎛ u ⎞ ⎫ ⎜ b ⎟ *2 tĩnh càng lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch rôto, M th.u = M th.gh ⎜ ⎟ = M th .u b ⎪ dòng rôto lớn nên phải thay đổi từng cấp điện trở phụ, công suất điều ⎝ u1 ⎠ ⎬ (3-17) chỉnh lớn, tổn hao năng l−ợng trong quá trình điều chỉnh lớn. ⎪ s th.u = s th.gh = const ⎭ Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 107 Trang 108 Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát Ví dụ ta có một tổ nối dây stato (1 pha) gồm 2 đoạn, mỗi đoạn nóng của động cơ, ng−ời ta mắc thêm điện trở R2f (hình 3-7). Khi đó, là một phần tử nh− hình 3-8. Nếu ta đấu nối tiếp 2 đoạn đó thuận cực nếu điện áp đặt vào stato là định mức (ub = u1) thì ta đ−ợc đặc tính nhau (đánh dấu * trên hình vẽ), thì do đ−ờng sức từ phân bố trên nh− mềm hơn đặc tính tự nhiên, gọi là đặc tính giới hạn. trên hình 3-8a, nên số cực sẽ là 4 và p = 2. R 2 + R 2f Rõ ràng là: s th.gh = s th ; Mth.gh = Mth (3-18) R 2 N/2 S N S N/2 S N S N + + + + + + + + + + + + Trong đó: Mth.gh, sth.gh là mômen và hệ số tr−ợt tới hạn của đặc * * * * * * tính giới hạn (đ/tGH). Mth, sth là mômen và hệ số tr−ợt tới hạn của đặc tính tự nhiên. * * * * * * Dựa vào đặc tính giới hạn Mgh(s), và nếu ω = const, ta suy ra đặc tính điều chỉnh ứng với giá trị u cho tr−ớc nhờ quan hệ: ~ ~ ~ b * *2 * M u a) p = 2; ω0 b) p = 1; 2ω0 c) p = 1; 2ω0 M u = u b ; M u = (3-19) M gh Hình 3-8: Thay đổi số đôi cực bằng đổi nối tổ dây quấn Đặc tính điều chỉnh trong tr−ờng hợp này nh− hình 3-7b. Nh− vậy, bằng cách đổi nối đơn giản các tổ dây quấn, ta đã điều Ph−ơng pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động chỉnh đ−ợc tốc độ: từ ωo ở sơ đồ 3-8a thành lên 2ωo nh− ở sơ đồ 3-8b, mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ nh−: máy bơm, quạt gió, Có c; và điều chỉnh đ−ợc tốc độ ω của động cơ ĐK. thể dùng máy biến áp tự ngẫu, điện kháng, hoặc bộ biến đổi bán dẫn làm bộ ĐAXC cho động cơ ĐK. Thực tế, các động cơ ĐK đa tốc độ th−ờng gặp là đổi nối theo hai cách: hình sao ⇔ sao kép (Y ⇔ ) và tam giác ⇔ sao kép (∆ 3.4.4. Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi số đôi cực (p): ⇔ ). Sơ đồ đổi nối đ−ớc giới thiệu trên hình 3-9: Theo quan hệ: * 2pf1 (1− s) ω = ω (1− s) = (3-20) * x1, r1 0 x , r * x , r p * 1 1 1 1 x1, r1 x , r 1 1 * Trong đó: f1 là tần số l−ới điện, p là số đôi cực. * x1, r1 Vậy, thay đổi số đôi cực p, sẽ điều chỉnh đ−ợc ωo và sẽ điều chỉnh đ−ợc ω. Để có thể thay đổi đ−ợc số đôi cực p, ng−ời ta phải chế tạo những động cơ ĐK đặc biệt, có các tổ dây quấn stato khác nhau để b) Tam giác a) Sao đơn c) Sao kép tạo ra đ−ợc p khác nhau, gọi là máy đa tốc. Hình 3-9: Đổi nối dây quấn stato động cơ ĐK Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 109 3( 3.U )2 9U2 M = 1 = 1 Khi nối ∆ hoặc Y, hai đoạn dây quấn mỗi pha đ−ợc đấu nối tiếp th. 2 2 2 2 2ωo []R1 ± R1 + X nm 4ωo []r1 + r1 + x nm thuận cực giống nh− trên hình 3-9a, nên ta giả thiết khi đó p = 2 và t−ơng ứng tốc độ đồng bộ là ωo. Khi đổi nối thành , các đoạn dây (3-26) sẽ nối song song ng−ợc cực giống nh− hình 3-9c, nên p = 1, tốc độ So sánh (3-62) với (3-59) ta thấy: đồng bộ tăng gấp đôi (ωo = 2ωo). M th 2 Để dựng các đặc tính điều chỉnh, ta cần xác định cá trị số Mth, sth = (3-27) M th.∆ 3 và ωo cho từng cách nối dây. Đối với tr−ờng hợp ∆ ⇒ ta có các quan hệ khi nối ∆, hai Nh− vậy, khi đổi nối ∆ ⇒ , tốc độ không tải lý t−ởng tăng đoạn dây stato đấu nối tiếp, nên: lên 2 lần (ωo = ωo∆), độ tr−ợt tới hạn không đổi (giá trị t−ơng đối), còn mômen tới hạn giảm mất 1/3 lần. Đặc tính điều chỉnh có dạng nh− R1 = 2r1; X1 = 2x1 ⎫ trên hình 3-10a. ⎬ (3-21) R = 2r ; X = 2x ; X = 2x 2 2 2 2 nm nm ⎭ ω ω Trong đó: r1, r2, x1, x2 là điện trở và điện kháng mỗi đoạn dây ω o ωo Sth Sth stato và rôto. Điện áp trên dây quấn mỗi pha là Uf∆ = 3.U1 . Do đó: ω o∆ ωoY S Y Sth∆ th R ' r ' s = 2∆ = 2 (3-22) th.∆ 2 ' 2 2 2 R1∆ + (X1∆ + X 2∆ ) r1 + x nm 0 M M M M M 0 M M M M c.cp c.cp∆ th th∆ c.cp thY th∆ 3( 3.U )2 9U 2 M = 1 = 1 (3-23) Hình 3-10: Các đặc tính điều chỉnh tốc độ khi đổi nối th.∆ 2 2 2 2 2ωo []R1∆ ± R1∆ + X nm∆ 4ωo []r1 + r1 + x nm dây quấn stato ∆ ⇒ và Y ⇒ Nếu đổi thành thì: Đối với tr−ờng hợp đổi nối Y ⇒ ta cũng suy luận t−ơng tự. Khi nối Y, các đoạn dây đấu nối tiếp và U = U , nên: 1 1 1 1 1Y 1 R = r ; X = x ; R = r ; X = x (3-24) 1 2 1 1 2 1 2 2 2 2 2 2 r ' ⎫ s = 2 th.∆ 2 2 ⎪ Còn điện áp trên dây quấn mỗi pha là: Uf = U1. Vì vậy: r1 + x nm ⎪ ⎬ (3-28) ' ' 3U 2 R 2 r2 1 ⎪ s = = (3-25) M thY = th. 2 ' 2 2 2 4ω r ± r 2 + x 2 ⎪ R1 + (X1 + X 2 ) r1 + x nm o []1 1 nm ⎭ Trang 111 Trang 110 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động So sánh (3-28) với các biểu thức t−ơng ứng của sơ đồ sao kép là Nếu đặt: λ = Mth/Mc.cp thì từ (3-27) và (3-32) ta thấy: (3-25) và (3-26) ta đ−ợc: λ M th / Mc.cp 4 1 ≈ = (3-34) s = s ; M = M (3-29) λ ∆ M th∆ / Mc.cp∆ 3 thY th thY 2 th Nghĩa là khi đổi nối ∆ ⇒ , khả năng quá tải của động cơ tăng Nh− vậy, khi đổi nối Y ⇒ , tốc độ không tải lý t−ởng và lên 4/3 lần. mômen tới hạn tăng gấp đôi, còn hệ số tr−ợt tới hạn vẫn giữ nguyên giá trị t−ơng đối của nó (hình 3-10b). Nếu các đoạn dây nối hình Y, thì: Để xác định phụ tải cho phép khi điều chỉnh tốc độ, xuất phát từ Pc.cpY = 3U1I1đm cos ϕYηY (3-35) giá trị công suất rồi suy ra mômen. Từ biểu thức của công suất, ta có: So sánh với tr−ờng hợp nối [xem (3-31)] ta có: Khi nối ∆: P 2cosϕ η c.cp = ≈ 2 (3-36) Pc.cp∆ = 3 3U1I1đm cosϕ∆η∆ (3-30) Pc.cpY 3 cosϕYηY Khi nối : M P / ω Và: c.cp ≈ c.cp o =1 (3-37) Pc.cp = 3 3U1I1đm cos ϕ η (3-31) Mc.cpY Pc.cpY / ωoY Pc.cp 2cosϕ η Nh− vậy, khi đổi nối Y ⇒ , mômen tải cho phép của động cơ Do đó: = ≈1 (3-32) đ−ợc giữ không đổi, còn công suất cho phép thì tăng 2 lần. Điều đó có Pc.cp∆ 3 cosϕ∆η∆ nghĩa là ph−ơng pháp đổi nối này phù hợp với những máy có mômen Thực tế cho phép coi Pc.cp∆ ≈ Pc.cp , vì hệ số công suất và hiệu tải không đổi (Mc = const). suất khi nối ∆ cao hơn khi nối . Đó là do khi nối , điện áp đặt Từ (3-37) và (3-29) ta tìm đ−ợc quan hệ của hệ số quá tải λ: lên từng đoạn dây quấn lớn hơn khi nối ∆, nên dòng từ hóa tăng một cách vô ích: λ M / M ≈ th c.cp = 2 (3-38) Từ (3-32) ta suy ra quan hệ của mômen tải cho phép: λ Y M thY / Mc.cpY Mc.cp Pc.cp / ωo ω 1 Nghĩa là khi đổi nối Y ⇒ , khả năng quá tải của động cơ ≈ ≈ o = (3-33) tăng lên 2 lần. Mc.cp∆ Pc.cp∆ / ωo∆ ωo 2 Nh− vậy, khi đổi nối ∆ ⇒ , mômen phụ tải cho phép của + Ưu điểm của ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK động cơ giảm đi hai lần, còn công suất cho phép thì đ−ợc giữ không bằng cách thay đổi số đôi cực là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, các đặc tính đổi (Pcp = const). Điều đó chứng tỏ ph−ơng pháp đổi nối này phù hợp cơ đều cứng và khả năng điều chỉnh triệt để (điều chỉnh cả tốc độ với những máy có mômen tải tỷ lệ nghịch với tốc độ. không tải lý t−ởng). Trang 112 Trang 113 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn