Bài giảng Truyền động điện (Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Giao thông Vận tải TP.HCM

mômen cản phản kháng 7. Định nghĩa đặc tính cơ của máy sản xuất. Phương trình tổng quát của nó và giải tích các đại lượng trong phương trình? 8. Viết phương trình chuyển động cho hệ truyền động điện có phần cơ dạng mẫu cơ học đơn khối và giải thích các đại lượng trong phương trình? 9. Định nghĩa đặc tính cơ của động cơ điện? 10. Định nghĩa độ cứng đặc tính cơ? 11. Điều kiện ổn định tĩnh là gì? Phân tích một điểm làm việc xác lập ổn định tĩnh trên tọa độ [M, ω] và [Mc, ω]. 12.Xaùc ñònh mômen caûn vaø mômen quaùn tính cuûa taûi troïng quy ñoåi veà truïc ñoäng cô. Boä tuyeàn löïc goàm caëp baùnh raêng coù tyû soá truyeàn i = 7, troïng löôïng cuûa vaät naâng G = 15 kN. Hieäu suaát caëp baùnh raêng r = 0,93, hieäu suaát cuûa troáng tôøi t = 0,9, ñöôøng kính troáng tôøi Dt = 0,8 m. Chương 1: Khái quát về hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 23 13. Xaùc ñònh mômen caûn vaø mômen quaùn tính cuûa taûi troïng và dây cáp quy ñoåi veà truïc ñoäng cô. Boä tuyeàn löïc goàm 2 caëp baùnh raêng coù tyû soá truyeàn i1 = 3, i2 = 5, troïng löôïng cuûa vaät naâng G = 18 kN, troïng löôïng daây caùp Gc = 10% G. Hieäu suaát 2 caëp baùnh raêng ɳ1= 0,93, ɳ2= 0.92 hieäu suaát cuûa troáng tôøi t = 0,95, ñöôøng kính troáng tôøi Dt = 0,7 m. Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 24 Chương 2: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Thời lượng: 24 giờ Mục tiêu: - Trình bày được đặc tính cơ của động cơ điện một chiều, động cơ không đồng bộ - Mô tả được cách tính toán và vẽ các đường đặc tính cơ - Ttrình bày các dạng đặc tính cơ trong các trạng thái hãm. 2.1. KHAÙI NIEÄM CHUNG - Ñaëc tính cô cuûa maùy saûn xuaát (taûi) MC(): bieát tröôùc - Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän M(): töï nhieân hoaëc nhaân taïo. - Veõ 2 ñöôøng ñaëc tính cô M() vaø MC() leân cuøng moät heä toïa ñoä giuùp ta xaùc ñònh ñöôïc traïng thaùi laøm vieäc cuûa heä: o Traïng thaùi xaùc laäp: M = MC o Traïng thaùi quaù ñoä: M  MC o Goùc phaàn tö laøm vieäc: ñoäng cô hay maùy phaùt 2.2. ÑAËC TÍNH CÔ CUÛA ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU KÍCH TÖØ ÑOÄC LAÄP (KÍCH TÖØ SONG SONG) 2.2.1. Sô ñoà noái daây Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 25 2.2.2. Phöông trình ñaëc tính cô - Phương trình cân bằng điện áp: U ö = E + (R ö + R fö ).I ö Trong ñoù :  U ö : ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng  R ö : ñieän trôû phaàn öùng bao goàm ñieän trôû cuoän daây phaàn öùng, ñieän trôû cöïc töø phuï, ñieän trôû daây quaán buø (neáu coù), ñieän trôû tieáp xuùc cuûa choåi than treân coå goùp  R fö : ñieän trôû phuï trong maïch phaàn öùng  I ö : doøng ñieän phaàn öùng  E : söùc ñieän ñoäng phaàn öùng Söùc ñieän ñoäng phaàn öùng: E = K..  Hình 2.1: Ñoäng cô một chiều kích töø ñoäc laäp Hình 2.2: Ñoäng cô một chiều kích töø song song (2.1) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 26 K: hệ số tỷ lệ phụ thuộc cấu tạo của động cơ  : từ thông suy ra: Phöông trình ñaëc tính cô ñieän Mômen ñieän töø: M = K..I ö suy ra: Phöông trình ñaëc tính cô - Khi  = const   = f(I ö ) vaø  = f(M) tuyeán tính - Khi I ö =0; M=0  : toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng - Khi  = 0: : doøng ngaén maïch vaø : mômen ngaén maïch Vaäy : ö ööö I K RR K U f      ..    M K RR K U f 2 ..      ööö 0    K U ö nmI RR U I    föö ö ö nmnm MkIk RR U M    .. föö ö               02 .... M K RR K U I K RR K U ff ööö ö ööö Hình 2.3: Đặc tính cơ điện Hình 2.4: Đặc tính cơ (2.2) (2.3) (2.4) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 27 Toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng: Đoä suït toác: Ñoä cöùng ñaëc tính cô: 2.2.3. Ñaëc tính cơ töï nhieân Đặc tính cơ tự nhiên sẽ tương ứng với trường hợp: R fö = 0; U ö = U ñm ;  =  ñm Suy ra: Töø caùc soá lieäu động cơ: P ñm , n ñm , U ñm , I ñm ,  ñm , R ö ... Ta coù theå veõ ñöôøng ñaëc tính cô töï nhieân qua 2 ñieåm: o Ñieåm khoâng taûi [0; 0 ] o Ñieåm ñònh möùc [M ñm ; ñm ] hoaëc ñieåm ngaén maïch [M nm ,0] hoaëc [I nm ,0]   . 0 K U ö   M K RR I K RR ff 2 ..       öö ö öö   öö fRR K d dM    2 .       ö ñm ñm ö ñm ñm ö ñm ö ñm ñm R K M K R K U I K R K U TN 2 02 0 . .. ..                (2.5) (2.6) (2.7) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 28 Trong đó: Neáu chöa bieát tröôùc R ö thì coù theå xaùc ñònh giaù trò gaàn ñuùng theo hieäu suaát ñònh möùc: 2.2.4. Caùc ñaëc tính cơ nhaân taïo Töø phöông trình: ñm ñmöñm ñm ñm ñm vôùi   IRU K K U . . . 0     cô) (momen ñm ñm ñm  P M  töø) ñieän (momen hoaëc ñmñmñm IKM  ö ñm R U Inm  ö ñm ñm R U KMnm . ñm ñm ñmö I U R )1(5,0    M K RR K U f 2 ..      ööö Λ Λ Hình 2.5: Đặc tính cơ tự nhiên (2.8) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 29  Khi thay ñoåi R fö , U ö ,   taïo ra caùc ñaëc tính nhaân taïo a) Ñaëc tính nhaân taïo bieán trô û: - Khi đó: U ö = U ñm ;  =  ñm - Phöông trình: - Toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng: - Ñoä suït toác ôû M c hay I c - Ñoä cöùng ñaëc tính cô:   M K RR K U f 2 .. ñm öö ñm ñm      ö ñm öö ñm ñm I K RR K U f      ..  const K U TN    ñm ñm . .00    ö ñm öö c ñm öö fc ff c RM K RR I K RR ~ .. 2           RfccTNc f cc M K R M K R .22 ..       ñm ö ñm ö   öö ñm fRR K    2 .  Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 30  Nhö vaäy caøng taêng R fö thì ñaëc tính nhaân taïo caøng meàm vaø thaáp hôn ñaëc tính töï nhieân vaø ñeàu ñi qua ñieåm khoâng taûi lyù töôûng [0, 0 ] b) Ñaëc tính nhaân taïo khi thay ñoåi ñieän aùp phaàn öùng U ö : - Khi đó: R fö = 0,  = const - Toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng: ω0: tæ leä thuaän vôùi ñieän aùp vaø ñeàu nhoû hôn  0TN - Ñoä suït toác ôû M c vaø I c - Ñoä cöùng ñaëc tính cô: var . 0    ñm ö K U    constM K R I K R TNccc      .2 ..  ñm ö c ñm ö   const R K TN     ö ñm 2 . Hình 2.6: Họ đặc tính nhân tạo biến trở Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 31 Nhận xét: - Hoï caùc ñaëc tuyeán song song nhau - Ñoä cöùng ñaëc tính cô khoâng ñoåi - Khi giaûm ñieän aùp phaàn öùng: momen ngaén maïch giaûm vaø doøng ngaén maïch giaûm. Do ñoù phöông phaùp naøy duøng ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô vaø giaûm doøng khôûi ñoäng. c) Ñaëc tính nhaân taïo khi thay ñoåi thoâng - Khi đó: R fö =0; U ö = U ñm = const - Töø phöông trình: - Toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng tæ leä nghòch vôùi töø thoâng: ö öñm I K R K U     ..    M K R K U 2 ..     öñm var . 0    K U ñm Hình 2.7: Họ đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phần ứng Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 32 - Ñoä cöùng ñaëc tính cô nhaân taïo tæ leä vôùi bình phöông töø thoâng: - Doøng ngaén maïch: - Mômen ngaén maïch: Nhận xét: vì khoâng theå taêng doøng kích töø lôùn hôn giaù trò ñònh möùc, neân chæ coù theå taïo ra caùc giaù trò töø thoâng  <  ñm . Do ñoù ñaëc tính nhaân taïo cô ñieän ñeàu coù vò trí cao hôn ñaëc tính töï nhieân. 2.2.5. Caùc traïng thaùi haõm  Traïng thaùi ñoäng cô: mômen ñoäng cô sinh ra hoã trôï vieäc quay, hay chieàu cuûa mômen ñoäng cô cuøng chieàu vôùi toác ñoä quay - M(I ö ) vaø  cuøng chieàu => P cô = M. = M c . > 0 - Ñoäng cô laøm vieäc ôû caùc goùc 1/4 thöù I (>0; M vaø I>0) vaø goùc 1/4 thöù III (<0; M vaø I <0)   var . 2    ö R K NT const R U Inm  ö ñm var..  nmnm IKM Hình 2.8: Họ đặc tính cơ điện khi thay đổi từ thông Hình 2.9: Họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi từ thông Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 33  Traïng thaùi haõm (maùy phaùt): laø traïng thaùi maø mômen ñoäng cô sinh ra choáng laïi söï quay, hay chieàu cuûa mômen ñoäng cô ngöôïc chieàu vôùi chieàu cuûa toác ñoä quay. - M(I ö ) vaø  ngöôïc chieàu => P cô = M. = M c . < 0 - Ñoäng cô laøm vieäc ôû caùc goùc 1/4 thöù II (>0; M vaø I<0) vaø goùc 1/4 thöù IV(0) a) Haõm taùi sinh - Haõm taùi sinh xaûy ra khi toác ñoä ñoäng cô lôùn hôn toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng: > 0 , töông öùng söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô lôùn hôn ñieän aùp nguoàn: E>U ö , ta coù: doøng phaàn öùng ñoåi chieàu so vôùi traïng thaùi ñoäng cô, mômen ñoäng cô ñoåi chieàu vaø ngöôïc chieàu vôùi , ñoäng cô bieán thaønh boä haõm. 0   ö ö ö R EU I Hình 2.10: Chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập (2.9) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 34 - ÔÛ traïng thaùi naøy, cô naêng treân truïc ñoäng cô ñöôïc bieán ñoåi thaønh ñieän naêng ñeå traû veà nguoàn, ñoäng cô laøm vieäc nhö moät maùy phaùt ñieän song song vôùi nguoàn U ö . - Phöông trình ñaëc tính cô: - Thöïc teá, haõm taùi sinh coù theå xaûy ra ôû caàn truïc, maùy naâng khi haïtaûi troïng, hoaëc ôû caùc heä truyeàn ñoäng ñieàu chænh khi giaûm ñieän aùp nguoàn, nghóa laø giaûm ñoät ngoät toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng  0 trong khi toác ñoä  chöa kòp giaûm. b) Haõm ngöôïc - Haõm ngöôïc xaûy ra khi ñoäng cô (döôùi taùc ñoäng cuûa theá naêng hoaëc ñoäng naêng tích luyõ trong cô caáu coâng taùc) quay ngöôïc chieàu vôùi chieàu toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng. - Coù 2 tröôøng hôïp xaûy ra haõm ngöôïc: ö öñm I K R K U . ..       M K R K U . .. 2     öñm Hình 2.11: Hãm tái sinh động cơ điện một chiều kích từ độc lập (2.10) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 35  Theâm R fö ñuû lôùn vaøo maïch phaàn öùng ñoäng cô  Ñaûo ngöôïc cöïc tính ñieän aùp maïch phaàn öùng ñoäng cô (hay ñoåi chieàu quay toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng) Hình 2.12: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi theâm R fö Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 36 Chuù yù: ÔÛ traïng thaùi haõm ngöôïc, ñieän aùp nguoàn cuøng chieàu vôùi sññ E, neân doøng ñieän I ö coù theå raát lôùn. Ñeå haïn cheá I ö ngöôøi ta thöôøng noái theâm ñieän trôû phuï R h khaù lôùn vaøo maïch phaàn öùng. c) Haõm ñoäng naêng - Haõm ñoäng naêng xaûy ra khi toác ñoäng khoâng taûi lyù töôûng  0 = 0 - Khi ñoäng cô ñang quay maø ta caét phaàn öùng ra khoûi nguoàn vaø ñoùng vaøo moät ñieän trôû R h (chuù yù vaãn duy trì doøng ñieän kích töø ñeå taïo ra töø thoâng) - Ñoäng naêng tích luyõ trong heä cô hoïc ñöôïc bieán thaønh ñieän naêng vaø tieâu taùn treân ñieän trôû R h döôùi daïng nhieät. Hình 2.13: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi đaûo ngöôïc cöïc tính ñieän aùp Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 37 - Ñaëc tính cô: - Ñoä cöùng ñaëc tính cô: - Choïn R h sao cho doøng haõm ban ñaàu sao cho I h I cp = (22,5)I ñm Haõm ñoäng naêng thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå laøm döøng maùy. Trong thieát bò naâng caåu, noù cuõng ñöôïc duøng ñeå haï taûi troïng vôùi toác ñoä thaáp. Ñaëc bieät sô ñoà haõm ñoäng naêng töï kích cho pheùp haõm döøng ngay caû khi maát ñieän, do ñoù noù ñöôïc coi laø bieän phaùp haõm döøng an toaøn. 2.3. ÑAËC TÍNH CÔ CUÛA ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU KÍCH TÖØ NOÁI TIEÁP VAØ KÍCH TÖØ HOÃN HÔÏP 2.3.1. Phöông trình vaø daïng ñaëc tính cô - Sô ñoà maïch ñieän töông ñöông   M K RR I K RR hh . . . . 2       ö ö ö   hRR K    ö 2 .  Hình 2.14: Hãm động năng động cơ điện một chiều kích từ độc lập (2.11) (2.12) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 38 - Caùc phöông trình: U = E + (R ö + R f ).I ö E = K.. vaø M = K..I ö - Phöông trình ñaëc tính cô: Neáu boû qua hieän töôïng baõo hoaø töø vaø phaûn öùng phaàn öùng thì:  = f(I kt ) = f(I) = c.I kt = c.I (c: heä soá tæ leä) - Suy ra phöông trình ñaëc tính cô ñieän: vôùi A 1 , B laø caùc haèng soá: Nhö vaäy ñaëc tính cô ñieän coù daïng hypebol vaø raát meàm. Noù coù 2 ñöôøng tieäm caän: I K RR K U f      .. ö   M K RR K U f 2 ..      ö B I A I IcK RR IcK U f    1 .... ö cK U A . 1  cK RR B f .   ö Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ nối tiếp (2.13) (2.14) (2.15) (2.17) (2.16) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 39 o Khi I  0;    : tieäm caän truïc tung o Khi  -B; I   : tieäm caän truïc hoaønh - Phöông trình ñaëc tính cô: vôùi 2.3.2. Đaëc tính vaïn naêng cuûa ñoäng cô một chiều kích töø noái tieáp - Thöïc teá quan heä  = f(I) laø phi tuyeán neân vieäc vieát phöông trình vaø veõ caùc ñaëc tính cô raát khoù khaên. Vì vaäy, caùc nhaø cheá taïo thöôøng cho tröôùc caùc ñöôøng cong thöïc nghieäm  * = f(I * ) vaø M * =f(I * ) khi khoâng coù ñieän trôû phuï goïi laø ñaëc tính vaïn naêng cuûa ñoäng cô. B M A cK RR McK U f    2 ... ö soá haèng cKAA ..12 Hình 2.17: Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Hình 2.16: Đặc tính cơ điện động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (2.18) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 40 Trong ñoù: I * =I / I ñm ;  * = /  ñm ; M * = M / M ñm - Vôùi ñoäng cô coù caùc giaù trò ñònh möùc cho tröôùc ta coù theå döïng ñöôïc ñaëc tính cô töï nhieân töø ñöôøng ñaëc tính cô vaïn naêng. - Thông thường ta chọn năm điểm trên đường đặc tính vạn năng để vẽ. 2.3.3. Caùc ñaëc tính nhaân taïo cuûa ñoäng cô một chiều kích töø noái tieáp - Ñaëc tính nhaân taïo bieán trôû ñöôïc xaùc ñònh töø ñaëc tính töï nhieân (R f =0) - Laáy moät giaù trò I 1 naøo ñoù, theo ñaëc tính cô töï nhieân ta ñöôïc  1 . - Töø caùc phöông trình: 1 1 .   K RIU ö Hình 2.18: Các đặc tính vạn năng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 41 - Suy ra: - Laøm töông töï nhö vaäy vôùi caùc giaù trò I 2 , I 3 ,..., ta coù  nt2 ,  nt3 vaø cuoái cuøng veõ ñöôïc ñaëc tính cô nhaân taïo öùng khi coù ñieän trôû phuï R f 2.3.4. Caùc traïng thaùi haõm cuûa ñoäng cô một chiều kích töø noái tieáp - Do  0   neân ñoäng cô moät chieàu kích töø noái tieáp khoâng coù haõm taùi sinh.   1 1 1 .   K RRIU f nt ö   ö ö RIU RRIU f nt 1 1 11    Hình 2.19: Từ đặc tính cơ tự nhiên vẽ đặc tính cơ nhân tạo Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 42 a) Haõm ngöôïc Xaûy ra khi toác ñoä quay cuûa ñoäng cô ngöôïc chieàu vôùi toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng ( 0 =  ) - Ñöa theâm ñieän trôû phuï R f ñuû lôùn vaøo maïch ñoäng cô khi taûi theá naêng - Ñaûo cực tính ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô ñang quay Hình 2.20: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp khi thêm điện trở phụ Hình 2.21: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp khi đảo cực tính điện áp Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 43 b) Haõm ñoäng naêng Xaûy ra khi ta caét phaàn öùng cuûa ñoäng cô ñang quay ra khoûi nguoàn roài ñoùng vaøo ñieän trôû R h , trong khi vaãn duy trì doøng kích töø theo chieàu cuõ. 1- Đặc tính cơ tự nhiên 2- Hãm có kích từ độc lập 3- Hãm tự kích Khi haõm ñoäng naêng kích töø ñoäc laäp thì chuù yù noái theâm ñieän trôû phuï R f vaøo maïch kích töø ñeå giöõ töø thoâng khoâng ñoåi  Nhaän xeùt veà ñoäng cô một chiều kích töø noái tieáp - Veà caáu taïo, ñoäng cô kích töø noái tieáp coù cuoän kích töø chòu doøng lôùn, tieát dieän lôùn  Dễ cheá taïo vaø ít hö hoûng hôn ñoäng cô kích töø song song (ñoäc laäp) - Coù khaû naêng quaù taûi lôùn veà momen. Khi coù cuøng heä soá quaù doøng k I thì momen ñoäng cô kích töø noái tieáp lôùn hôn mômen cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp. Hình 2.22: Hãm động năng động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 44 - Mômen chæ phuï thuoäc doøng ñieän, khoâng phuï thuoäc vaøo suït aùp treân ñöôøng daây taûi ñieän. Trong khi ñoäng cô kích töø song song thì töø thoâng giaûm khi ñieän aùp giaûm, do ñoù töø thoâng giaûm theo. - Coù khaû naêng töï ñieàu tieát toác ñoä khi phuï taûi thay ñoåi ñeå giöõ cho coâng suaát ñoäng cô gaàn nhö khoâng ñoåi nhôø ñaëc tính cô daïng hypebol. - Ñoäng cô một chiều kích töø noái tieáp phuø hôïp cho truyeàn ñoäng caùc maùy vaän chuyeån, naâng boác, caùc maùy thöôøng bò quaù taûi lôùn nhö caùn theùp ñaûo chieàu,... 2.3.5. Ñaëc ñieåm, ñaëc tính cô vaø traïng thaùi haõm cuûa ñoäng cô một chiều kích töø hoãn hôïp Ta có:  =  s +  n (hoãn hôïp coäng)  s = 0,750,85  ñm vaø khoâng phuï thuoäc doøng phaàn öùng  n phuï thuoäc doøng phaàn öùng. Khi M c =M ñm ;I ö = I ñm  n = 0,250,15  ñm Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 45 Do coù 2 cuoän kích töø neân ñaëc tính cô cuûa loaïi ñoäng cô naøy vöøa coù daïng phi tuyeán nhö ñoäng cô kích töø noái tieáp vöøa coù ñieåm khoâng taûi lyù töôûng [0, 0 ] nhö ñoäng cô kích töø ñoäc laäp.  Caùc traïng thaùi haõm: haõm taùi sinh, haõm ngöôïc, haõm ñoäng naêng töông töï nhö ñoäng cô một chiều kích töø ñoäc laäp. 2.4. ÑAËC TÍNH CÔ CUÛA ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ Hình 2.24: Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp Hình 2.25: Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp Hình 2.26: Sơ đồ nối dây và ký hiệu bản vẽ của động cơ không đồng bộ Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 46 2.4.1. Ñaëc tính cô ñieän:  = f(I 1 ) hoaëc  = f(I 2 ) - ÔÛ ñaëc tính cô ñieän ñoäng cô không đồng bộ, ñaïi löôïng toác ñoä  ñöôïc bieåu thò thoâng qua ñaïi löôïng "heä soá tröôït s" Ta có: Trong ñoù: X 1 + X' 2 = X nm R' 2 = R 2 .K e 2 ; X' 2 =X 2 .K e 2 Coù theå tính gaàn ñuùng, heä soá bieán ñoåi söùc ñieän ñoäng: 0 0 0 2 f vôùi p s           )(2 2 21 2 2 1 1 2 sfI XX s R R U I           fnm e E E K .2 1 Hình 2.27: Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 47 E 2nm.f : söùc ñieän ñoäng pha rotor khi hôû maïch vaø rotor ñöùng yeân Bieåu thò ñaëc tính cô theo I 1 = f() Ta coù : Vieát theo modul: Nhö vaäy: - Khi khoâng taûi lyù töôûng: s = 0 thì - Khi ngaén maïch: s = 1 thì: Ñoà thò ñaëc tính cô ñieän: III   21                          2 2 2 1 2211 11 nmX s R R XR UI            2211 1  XR UI III nmnm   21 fnm e E U K .2 195,0 Hình 2.28: Đặc tính cơ điện vẽ theo dòng rôto của động cơ không đồng bộ Hình 2.29: Đặc tính cơ điện vẽ theo dòng stato của động cơ không đồng bộ (2.19) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 48 Phương trình dòng điện: 2.4.2. Ñaëc tính cô - Theo ñoà thò töông ñöông 1 pha, ta coù: thay : ta ñöôïc :  ñaây laø phöông trình "ñaëc tính cô" Ñoà thò ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä  221 2 2 1 1 2 XX s R R U I                                   2 2 2 1 2211 11 nmX s R R XR UI   221 2 2 1 1 2 XX s R R U I                            2 2 2 10 2 2 1 /3 nmX s R R sRU M  (2.20) (2.21) (2.22) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 49 Ñoä tröôït tôùi haïn: Mômen tôùi haïn: Bieåu dieãn M theo M th vaø s th : - Khi coi R 1  0, ta coù: goïi laø phöông trình Klauss 2 2 2 1 th nm R s R X      22110 2 1 2 3 nm th XRR U M    21 / . ).1(2 RRa sa s s s s saM M th th th thth     : ñoù trong s s s s M M th th th   2 Hình 2.30: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ (2.23) (2.24) (2.26) (2.25) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 50 - Khi chæ tính toaùn trong vuøng laøm vieäc vôùi phuï taûi M c M ñm , coi s<<s th , boû qua thaønh phaàn s/s th . Suy ra: nhö vaäy ta ñaõ tuyeán tính hoaù trong vuøng coù s nhoû Töø ñöôøng ñaëc tính cô, ta thaáy: o Ñoaïn thöù nhaát, töø  0 ñeán ñieåm tôùi haïn (s=s th ), goïi laø "ñoaïn coâng taùc", coù <0. Ñoäng cô chæ laøm vieäc xaùc laäp treân ñoaïn naøy. o Ñoaïn thöù hai, töø ñieåm tôùi haïn ñeán ñieåm ngaén maïch (s=1), coù >0, chæ toàn taïi trong giai ñoaïn khôûi ñoäng hoaëc quaù ñoä 2.4.3. Döïng ñaëc tính cơ töï nhieân - Töø soá lieäu ñoäng cô nhö P ñm , n ñm , heä soá momen cöïc ñaïi (momen tôùi haïn)  = M th /M ñm ,... ta coù: - Töø phöông trình Klauss, ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc ñoä tröôït tôùi haïn gaàn ñuùng baèng : - Nhö vaäy ñaõ xaùc ñònh ñöôïc 3 ñieåm treân "ñoaïn coâng taùc" cuûa ñaëc tính cô töï nhieân, ñoù laø : o Khoâng taûi (0,  0 ) o Ñònh möùc (M ñm ,  ñm ) o Tôùi haïn (M th , s th ) - Thay s th vaø M th vaøo phöông trình Klauss, ta thu ñöôïc phöông trình ñaëc tính cô. s s M M th th . 2  ñm ñm ñm ñm ñm ñm ñmñm ñm 9,55 MM P Ms nn th .;;; 60 .2 0 0         12   ñm ssth (2.27) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 51 - Neáu tuyeán tính hoaù ñoaïn ñaëc tính coâng taùc qua ñieåm khoâng taûi lyù töôûng vaø ñieåm ñònh möùc thì coù theå bieåu thò ñaëc tính cô töï nhieân baèng phöông trình : - Nhö vaäy, gaàn ñuùng ta coù ñoä cöùng ñaëc tính cô trong ñoaïn coâng taùc : vaø 2.4.4. Caùc ñaëc tính cơ nhaân taïo Phương trình:  M = f(s) khi thay ñoåi U 1 , f, p, R 2 , R 1 , X 1 vaø X 2  taïo ra caùc ñaëc tính nhaân taïo. Do f 2 = sf 1 nhoû neân thay ñoåi X 2 ít hieäu quaû  khoâng duøng a) Hoï ñaëc tính thay ñoåi R 2 (hoï ñaëc tính bieán trôû) - Khi thay ñoåi R f maïch rôto thì: vaø  0 = const s s M M s s M M . ñm ñm ñmñm hoaëc  ñm ñm s M ds dM d dM . 1 00    ñm ñm sd MdM 1 / / 0 *                                        2 2 2 1 2 2 1 2 2 2 10 2 2 1 .2 /3/3 nmnm X s R R p f sRU X s R R sRU M    fftnthth RR R RR ss    2 2 2 . . vôùi leä tæ   constXRR U M nm th    22 110 2 1 2 3  (2.28) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 52 Thöïc teá, ngöôøi ta öùng duïng hoï ñaët tính naøy ñeå khôûi ñoäng vaø ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô không đồng bộ rôto daây quaán. b) Hoï ñaëc tính thay ñoåi ñieän aùp stato - Khi thay ñoåi U 1 ,  0 = const; s th =const coøn M th giaûm bình phöông laàn so vôùi ñieän aùp M th U 2 2 1 1 .        ñm U U MM tnthth Hình 2.31: Sơ đồ nối dây và họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở mạch rôto của động cơ không đồng bộ Hình 2.32: Họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện áp stato của động cơ không đồng bộ (2.29) Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 53 - Ngöôøi ta öùng duïng hoï ñaëc tính chuû yeáu ñeå khôûi ñoäng vaø moät soá tröôøng hôïp ñeå ñieàu chænh toác ñoä. c) Hoï ñaëc tính thay ñoåi ñieän trôû vaø ñieän khaùng stato  0 = const; s th vaø M th ñeàu giaûm Thöïc teá thöôøng gaëp caùc hoï ñaëc tính naøy khi khôûi ñoäng caùc ñoäng cô rotor loàng soùc. d) Hoï ñaëc tính thay ñoåi soá ñoâi cöïc:  0 = 2f/p; p=1,2,3... Hình 2.33: Sơ đồ nối dây và họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở hoặc điện kháng mạch stato của động cơ không đồng bộ Hình 2.34: Đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi số đôi cực từ (p2=2p1) với nguyên tắc giữ Mth=const của động cơ không đồng bộ Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 54 Ngöôøi ta öùng duïng ñaëc tính naøy ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô. e) Hoï ñaëc tính thay ñoåi taàn soá - Khi giaûm f, Z 1 X 1 =2.f.L 1 giaûm, E 1 = K.f giaûm. Suy ra : - Vì vaäy, khi thay ñoåi f baét buoäc phaûi thay ñoåi ñieän aùp U 1 : o Khi f<f ñm : thay ñoåi theo qui luaät U/f = const ñeå M th = const o Khi f>f ñm : thay ñoåi theo qui luaät U 2 /f = const ñeå coâng suaát khoâng ñoåi. Hoï ñaëc tính cô khi thay ñoåi taàn soá ñöôïc öùng duïng nhieàu trong caùc heä truyeàn ñoäng töï ñoäng hieän ñaïi duøng ñoäng cô không đồng bộ. taêng 1 11 1 Z EU I    Hình 2.35: Họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi tần số của động cơ không đồng bộ Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 55 2.4.5. Caùc traïng thaùi haõm a) Haõm taùi sinh - Haõm taùi sinh xaûy ra khi toác ñoä ñoäng cô lôùn hôn toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng: > 0 . Coù theå gaëp trong 2 tröôøng hôïp: o Haï taûi ôû caùc maùy naâng haï: caåu thaùp, caàn truïc o Giaûm taàn soá doøng stator moät caùch ñoät ngoät. b) Haõm ngöôïc - Theâm ñieän trôû phuï ñuû lôùn vaøo maïch rôto R 2f (chæ duøng cho rôto daây quaán) Hình 2.36: Hãm tái sinh khi hạ tải ở máy nâng hạ Hình 2.37: Hãm tái sinh khi điều chỉnh giảm tần số dòng điện stato Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 56 - Ñoåi thöù töï pha ñieän aùp stato Phöông phaùp haõm ngöôïc ñöôïc duøng cho caû rôto loàng soùc vaø daây quaán. Tuy nhieân, ñoái vôùi rôto daây quaán thì ngöôøi ta thöôøng theâm ñieän trôû vaøo maïch rôto vöøa laøm haïn cheá doøng ñieän, vöøa taêng mômen haõm. Hình 2.38: Hãm ngược khi hạ tải bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 57 c) Haõm ñoäng naêng - Haõm ñoäng naêng xaûy ra khi rôto ñang quay, ta caét cuoän stato ra khoûi nguoàn xoay chieàu roài noái vaøo nguoàn ñieän moät chieàu. Đường 1 và 2: có cùng điện trở Rf nhưng khác về dòng Imc Đường 2 và 3: có cùng dòng Imc nhưng khác điện trở Rf Hình 2.39: Hãm ngược bằng cách đảo thứ tự pha điện áp stato Hình 2.40: Hãm động năng động cơ không đồng bộ Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 58 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Có thể biểu diễn phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập bằng mấy dạng? Hãy viết các dạng phương trình đó? Giải thích các đại lượng trong phương trình và cách xác định các đại lượng đó? 2. Nêu cách vẽ dạng đặc tính cơ và đặc tính cơ nhân tạo động cơ một chiều kích từ độc lập? 3. Động cơ một chiều kích từ độc lập có mấy phương pháp hãm? Điều kiện để xảy ra các trạng thái hãm đó? Sơ đồ nối dây động cơ khi thực hiện các trạng thái hãm? Ứng dụng thực tế của các trạng thái hãm đó? Giải thích quan hệ về chiều tác dụng của các đại lượng điện và chiều truyền năng lượng trong hệ ở các trạng thái hãm? 4. Nêu cách vẽ dạng đặc tính cơ điện và đặc tính cơ nhân tạo động cơ một chiều kích từ nối tiếp? 5. Động cơ một chiều kích từ độc lập có mấy phương pháp hãm? Điều kiện để xảy ra các trạng thái hãm đó? Sơ đồ nối dây động cơ khi thực hiện các trạng thái hãm? Ứng dụng thực tế của các trạng thái hãm đó? Giải thích quan hệ về chiều tác dụng của các đại lượng điện và chiều truyền năng lượng trong hệ ở các trạng thái hãm? 6. Nêu cách vẽ dạng đặc tính cơ điện và đặc tính cơ nhân tạo động cơ không đồng bộ? 7. Thông số nào ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ? Dạng các họ đặc tính cơ nhân tạo và ứng dụng thực tế? 8. Động cơ không đồng bộ có mấy phương pháp hãm? Điều kiện để xảy ra các trạng thái hãm đó? Sơ đồ nối dây động cơ khi thực hiện các trạng thái hãm? ứng dụng thực tế của các trạng thái hãm đó? Giải thích quan hệ về chiều tác Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 59 dụng của các đại lượng điện và chiều truyền năng lượng trong hệ ở các trạng thái hãm? 9. Cho ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp coù: Pđm = 15 KW, Uđm = 220V, Iđm = 65A, nđm =1450 voøng/phuùt, Rư = 0,22  a. Veõ ñöôøng ñaëc tính cô töï nhieân? b. Veõ ñöôøng ñaëc tính cô nhaân taïo khi theâm Rfư = 2 ? c. Veõ ñöôøng ñaëc tính cô nhaân taïo khi U = 200 V? 10. Cho ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø noái tieáp coù: Pđm=11 KW, Uđm =220V, Iđm=45A, nđm =1250 voøng/phuùt, Rö= 0,2 , vaø ñöôøng ñaëc tính vaïn naêng. a. Veõ ñöôøng ñaëc tính cô töï nhieân? b. Veõ ñöôøng ñaëc tính cô nhaân taïo khi theâm Rfư = 3 ? 11. Cho động cơ không đồng bộ 3 pha rô to dây quấn với số liệu như sau: Pđm = 850 kW, n0 = 1500 vòng/phút, nđm = 1250 vòng/phút, R2 = 0,02 , λ = 2,15. a. Vẽ đặc tính cơ tự nhiên? b. Vẽ đặc tính cơ nhân tạo khi thêm điện trở phụ Rf = 0,175  vào mạch dây quấn rôto? Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 60 Chương 3: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Thời lượng: 9 giờ Mục tiêu:  Trình bày được các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.  Trình bày được các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ.  So sánh các phương pháp điều chỉnh tốc độ. 3.1. KHAÙI NIEÄM CHUNG 3.1.1. Caùc ñònh nghóa a) Thoâng soá ñaàu ra: hay coøn goïi laø thoâng soá ñöôïc ñieàu chænh laø momen (M) vaø toác ñoä () cuûa ñoäng cô. Do M,  laø 2 truïc cuûa maët phaúng traïng thaùi [M,], neân vieäc ñieàu chænh chuùng thöôøng ñöôïc goïi laø "ñieàu chænh toaï ñoä". b) Thoâng soá ñaàu vaøo: hay coøn goïi laø thoâng soá ñieàu chænh. - Ñ/v ñoäng cô DC: Rư (hoaëc Rfư),  (ukt, ikt) vaø Uư. - Ñ/v ñoäng cô KÑB : R2 (hoaëc Rf2), R1, x1, U1 vaø f - Ñ/v ñoäng cô ñoàng boä: f c) Phaàn töû ñieàu khieån: laø caùc thieát bò hoaëc duïng cuï laøm thay ñoåi caùc thoâng soá ñaàu vaøo. Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 61 3.1.2. Muïc ñích ñieàu chænh caùc thoâng soá ñaàu ra ñoäng cô Tùy theo yêu cầu công nghệ: - Đặt giá trị làm việc và duy trì mức đặt ω đó. Ví dụ duy trì tốc độ làm việc khi phụ tải thay đổi ngẫu nhiên. - Thay đổi thông số theo quy luật yêu cầu. Ví dụ: thay đổi tốc độ theo quy luật hình bên. - Hạn chế thông số ở một mức độ cho phép. Ví dụ hạn chế dòng điện khi khởi động. - Tạo ra một quy luật chuyển động cho cơ cấu công tác (trục động cơ) theo quy luật cho trước ở đầu vào với một độ chính xác nào đó. 3.1.3. Điều chỉnh không tự động và điều chỉnh tự động a) Điều chỉnh không tự động: tọa độ động cơ 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 đổi của thông số đầu vào và tương ứng ta được một đường đặc tính cơ (nhân tạo). - Khi động cơ làm việc, các nhiễu sẽ tác động vào hệ, nhưng thông số đầu vào vẫn giữ không đổi nên điểm làm việc của động cơ chỉ di chuyển trên một đường đặc tính cơ  hệ “điều chỉnh vòng hở”. b) Điều chỉnh tự động: tọa độ động cơ được 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 trước, nhằm khắc phục sai lệch đó. Hình 3.1: Quy luật thay đổi tốc độ theo thời gian Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 62 - Khi có tác động của nhiễu làm ảnh hưởng đến thông số đầu ra, thì thông số đầu vào sẽ thay đổi và động cơ sẽ có một đặc tính cơ khác, điểm làm việc của động cơ sẽ dịch chuyển từ đường đặc tính cơ này sang đường đặc tính cơ khác và vạch ra một đường đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động. - Như vậy : “Đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động là quỹ tích của điểm làm việc của động cơ trên vô số các đường đặc tính cơ của hệ điều chỉnh vòng hở”. - Việc thay đổi tự động thông số đầu vào được thực hiện nhờ mạch phản hồi. Vì vậy hệ này còn được gọi là hệ “điều chỉnh vòng kín”. - Hệ điều chỉnh tự động tuy phức tạp nhưng đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng cao. 3.1.4. Nhiễu các thông số đầu ra - Có rất nhiều nhiễu tác động lên các thông số đầu ra như điện áp nguồn, tần số lưới điện, nhiệt độ môi trường,...Tuy nhiên ta đặc biết quan tâm đến các nhiễu chủ yếu: o Khi điều chỉnh tốc độ, thông số được điều chỉnh là ω, nhiễu chủ yếu là mômen cản (tải) M c hoặc dòng điện tải I c . o Khi điều chỉnh momen hoặc dòng điện, thông số được điều chỉnh là M hoặc I, thì nhiễu chủ yếu là tốc độ ω. - Sự ảnh hưởng qua lại giữa M và  được thể hiện bằng đường đặc tính cơ và phương trình của nó. 3.2. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU - Điều khiển động cơ điện chính là điều chỉnh các tọa độ của nó [M,]. - Thực chất của việc điều chỉnh tọa độ lại chính là làm biến dạng các đặc tính cơ, nghĩa là tạo ra các đặc tính cơ nhân tạo. Vì vậy các phương pháp điều khiển động cơ cũng chính là các phương pháp tạo ra đặc tính nhân tạo. Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 63 3.2.1. Điều khiển bằng điện trở phụ trong mạch phần ứng - Phương trình đặc tính cơ điện: - Phương trình đặc tính cơ: trong đó: Rưt= Rư + Rfư: điện trở tổng của mạch phần ứng : độ cứng đặc tính cơ nhân tạo biến trở - Khi thay đổi Rfư ta có thể thay đổi được cả tốc độ, dòng điện và mômen khởi động động cơ. Tuy nhiên, phương pháp này có nhiều nhược điểm do phần tử điều khiển Rfư đặt trong mạch lực và độ cứng đặc tính cơ thấp. Ví dụ : dùng 3 cấp điện trở khởi động như hình vẽ ö ñm öt ö ñm öt ñm ñm I K R I K R K U       ... 0   MM K R K U r  1 .. 02      ñm öt ñm ñm   öö f đm r RR K    2 .  Hình 3.2: Điều khiển động cơ một chiều kích từ song song bằng phương pháp dùng điện trở phụ mạch phần ứng (3.1) (3.2) Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 64 Bắt đầu khởi động: Rưt3 = Rư + Rf1 + Rf2 + Rf3 đảm bảo dòng khởi động ban đầu: 3.2.2. Điều khiển bằng điện áp đặt vào phần ứng - Khi Ф = Фđm, Rf = 0: ta điều chỉnh Uư có thể điều chỉnh được tốc độ, mômen và dòng điện. Có nghĩa là ta có thể ứng dụng để khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ hiệu quả. o BĐ: là bộ biến đổi hoạc bộ chỉnh lưu o Eb: sức điện động tương đương từ đầu ra của bộ biến đổi o Rb: điện trở trong bộ biến đổi 1 (2 2,5) ñm kñ ñm öt3 U I I I R     Hình 3.3: Khởi động bằng điện trở để giảm dòng điện khởi động Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế hệ điều khiển động cơ một chiều bằng điện áp phần ứng Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 65 3.2.3. Điều khiển bằng từ thoâng kích thích - Khi thay đổi từ thông thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo tỉ lệ nghịch, dòng điện mơ máy không đổi. Vì vậy phương pháp điều khiển này chỉ ứng dụng để điều chỉnh tốc độ. Hình 3.5: Các đặc tính cơ điều chỉnh khi điều khiển động cơ một chiều bằng điện áp phần ứng Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ một chiều kích từ song song và kích từ độc lập Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 66 - Phương trình đặc tính cơ: Trong đó : 0 = Uđm/K : tỉ lệ nghịch với từ thông Ф = (K) 2 /Rư : tỉ lệ với bình phương từ thông,  càng giảm, Ф càng giảm và độ sụt tốc  càng lớn. - Khi giảm , tốc độ tăng nhưng Inm = const, nên chỉ ứng dụng thay đổi tốc độ. - Thực tế phương pháp này chỉ tồn tại trong khoảng 0<M<2Mđm. - Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông phù hợp với các máy sản xuất có đặc tính cơ loại máy tiện (Mc 1/) vì momen tải cho phép của động cơ cũng phụ thuộc tốc độ theo qui luật đó.           M M K R K Uđm 02 ö Hình 3.7: Các đặc tính cơ điều chỉnh bằng từ thông của động cơ một chiều (3.3) Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 67 3.3. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ - Coù theå ñieàu khieån ñoäng cô khoâng ñoàng boä baèng caùch taùc ñoäng vaøo moät trong caùc thoâng soá: o Ñieän trôû maïch rotor R2 o Ñieän aùp stator U1 o Ñieän trôû vaø ñieän khaùng stator R1 hoaëc X1 o Taàn soá doøng ñieän stator f - Ngoaøi ra, ngöôøi ta coøn söû duïng sô ñoà ñaëc bieät – sô ñoà taàng ñeå ñieàu khieån ñoäng cô thoâng qua vieäc ñieàu chænh coâng suaát tröôït trong maïch rôto. 3.3.1. Ñieàu khieån baèng ñieän trôû phuï trong maïch rôto - Phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ rôto dây quấn bằng điện trở phụ mạch rôto hoàn toàn tương đồng với phương pháp điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập bằng điện trở phụ mạch phần ứng về dạng sơ đồ nối dây và họ đặc tính. - Sô ñoà nguyeân lyù Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý đieàu khieån baèng ñieän trôû phuï trong maïch rôto Hình 3.9: Họ đặc tính cơ đieàu khieån baèng ñieän trôû phuï trong maïch rôto Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 68 *) Khôûi ñoäng baèng ñieän trôû phuï trong maïch rôto: - Choïn: M1  0,85Mth M2  (11,3)Mc - Ta coù : 3.3.2. Ñieàu khieån baèng ñieän aùp stato - Sơ đồ nguyên lý: 22 21 R oe ca R R oe ec R f f   Hình 3.10: Khôûi ñoäng baèng ñieän trôû phuï trong maïch rôto Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 69 - Khi thay ñoåi U1 : o Doøng ngaén maïch: Inm  U1 o Momen ngaén maïch: Mnm  U1 2 o Momen tôùi haïn: Mth  U1 2 o Ñoä tröôïc tôùi haïn: sth = const  Ñoái vôùi ñộng cô rôto loàng soùc, do s nhoû neân phaïm vi ñieàu chænh  nhoû, vì vaäy phöông phaùp naøy chæ duøng ñeå haïn cheá doøng ñieän vaø mômen khôûi ñoäng. Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý đieàu khieån baèng điện áp stato Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 70  Ñoái vôùi ñộng cô rôto daây quaán, ngöôøi ta thöôøng theâm R0 ñeå laøm taêng s. Nhôø ñoù môû roäng ñöôïc vuøng ñieàu chænh mômen vaø toác ñoä. Do ñoù phöông phaùp naøy duøng coù theå duøng ñeå ñieàu khieån toác ñoä vaø khôûi ñoäng ñoäng cô. 3.3.3. Haïn cheá dòng điện mở máy - Thông số Rf1 vaø Xf1 ít ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu chænh toác ñoä, maø chuû yeáu ñeå haïn cheá doøng ñieän vaø mômen luùc khôûi ñoäng. Hình 3.12: Họ đặc tính cơ rôto lồng sóc khi điều khiển điệp áp stato Hình 3.13: Họ đặc tính cơ rôto dây quấn khi điều khiển điệp áp stato Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 71 3.3.4. Ñieàu khieån ñoäng cô không đồng bộ baèng taàn soá - Sơ đồ: Hình 3.14: Các sơ đồ nối điện trở, điện kháng phụ để khởi động Hình 3.15: Sơ đồ khái quát hệ biến tần điều khiển động cơ Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 72 - Chuû yeáu duøng loaïi “Bieán taàn coù khaâu trung gian moät chieàu”, bao goàm 3 khaâu chính : Khaâu chænh löu (coù ñieàu khieån hoaëc khoâng ñieàu khieån), khaâu loïc (dung tính hoaëc caûm tính) vaø khaâu nghòch löu (ñieän aùp hoaëc doøng ñieän) Hình 3.16: Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 73 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Những phương pháp điều khiển nào của động cơ điện một chiều dùng để điều chỉnh tốc độ? Phương pháp nào dùng để điều chỉnh mômen và dòng điện? 2. Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp? 3. So sánh các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều? Nêu ứng dụng của từng phương pháp? 4. Những phương pháp điều khiển nào của động cơ không đồng bộ dùng để điều chỉnh tốc độ? Phương pháp nào dùng để điều chỉnh mômen và dòng điện? 5. Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi từ thông? 6. So sánh các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ? Nêu ứng dụng của từng phương pháp? PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1: Truyền động của máy bơm nước ........................................................... 2 Hình 1.2: Truyền động mâm cặp máy tiện ............................................................. 3 Hình 1.3: Truyền động của cần trục ....................................................................... 4 Hình 1.4: Cấu trúc của hệ truyền động điện .......................................................... 5 Hình 1.5: Sơ đồ tính toán phần cơ.......................................................................... 8 Hình 1.6: Đồ thị mômen cản thế năng ................................................................. 11 Hình 1.7: Đồ thị mômen cản phản kháng ............................................................ 12 Hình 1.8: Đặc tính cơ của máy sản xuất .............................................................. 13 Hình 1.9: Đồ thị phụ tải ........................................................................................ 14 Hình 1.10: Đặc tính cơ của các động cơ điện ...................................................... 15 Hình 1.11: Các dạng độ cứng đặc tính cơ ............................................................ 16 Hình 1.12: Điểm làm việc ở trạng thái xác lập .................................................... 17 Hình 1.13: Sơ đồ chế độ động cơ ......................................................................... 17 Hình 1.14: Sơ đồ chế độ hãm tái sinh .................................................................. 18 Hình 1.15: Sơ đồ chế độ hãm động năng ............................................................. 18 Hình 1.16: Sơ đồ chế độ hãm ngược .................................................................... 19 Hình 1.17: Biểu diễn các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M,ω] ................... 19 Hình 1.18: Mô tả chế độ ổn định và không ổn định tĩnh ..................................... 20 Hình 1.19: Điểm làm việc động cơ không đồng bộ tương ứng với các loại tải ... 21 Hình 2.1: Động cơ một chiều kích từ độc lập ...................................................... 25 Hình 2.2: Động cơ một chiều kích từ song song .................................................. 25 Hình 2.3: Đặc tính cơ điện ................................................................................... 26 Hình 2.4: Đặc tính cơ ........................................................................................... 26 Hình 2.5: Đặc tính cơ tự nhiên ............................................................................. 28 Hình 2.6: Họ đặc tính nhân tạo biến trở ............................................................... 30 Hình 2.7: Họ đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phần ứng ........................... 31 Hình 2.8: Họ đặc tính cơ điện khi thay đổi từ thông............................................ 32 Hình 2.9: Họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi từ thông ..................................... 32 Hình 2.10: Chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ........... 33 Hình 2.11: Hãm tái sinh động cơ điện một chiềukích từ độc lập ........................ 34 Hình 2.12: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi theâm R fö ... 35 Hình 2.13: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi đaûo ngöôïc cöïc tính ñieän aùp ................................................................................. 36 Hình 2.14: Hãm động năng động cơ điện một chiều kích từ độc lập .................. 37 Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ nối tiếp ......................... 38 Hình 2.16: Đặc tính cơ điện động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ................. 39 Hình 2.17: Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ......................... 39 Hình 2.18: Các đặc tính vạn năng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp ......... 40 Hình 2.19: Từ đặc tính cơ tự nhiên vẽ đặc tính cơ nhân tạo ................................ 41 Hình 2.20: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp khi thêm điện trở phụ ...................................................................................................... 42 Hình 2.21: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp khi đảo cực tính điện áp ................................................................................................ 42 Hình 2.22: Hãm động năng động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .................. 43 Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.......... 44 Hình 2.24: Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ................. 45 Hình 2.25: Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ......................... 45 Hình 2.26: Sơ đồ nối dây và ký hiệu bản vẽ của động cơ không đồng bộ .......... 45 Hình 2.27: Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ ......................... 46 Hình 2.28: Đặc tính cơ điện vẽ theo dòng rôto của động cơ không đồng bộ ...... 47 Hình 2.29: Đặc tính cơ điện vẽ theo dòng stato của động cơ không đồng bộ ..... 47 Hình 2.30: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ........................................... 49 Hình 2.31: Sơ đồ nối dây và họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở mạch rôto của động cơ không đồng bộ ........................................................ 52 Hình 2.32: Họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện áp stato của động cơ không đồng bộ ............................................................................................... 52 Hình 2.33: Sơ đồ nối dây và họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở hoặc điện kháng mạch stato của động cơ không đồng bộ .......................... 53 Hình 2.34: Đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi số đôi cực từ (p2=2p1) với nguyên tắc giữ Mth=const của động cơ không đồng bộ .................................. 53 Hình 2.35: Họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi tần số của động cơ không đồng bộ ........................................................................................................ 54 Hình 2.36: Hãm tái sinh khi hạ tải ở máy nâng hạ ............................................... 55 Hình 2.37: Hãm tái sinh khi điều chỉnh giảm tần số dòng điện stato .................. 55 Hình 2.38: Hãm ngược khi hạ tải bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto .. 56 Hình 2.39: Hãm ngược bằng cách đảo thứ tự pha điện áp stato .......................... 57 Hình 2.40: Hãm động năng động cơ không đồng bộ ........................................... 57 Hình 3.1: Quy luật thay đổi tốc độ theo thời gian ................................................ 61 Hình 3.2: Điều khiển động cơ một chiều kích từ song song bằng phương pháp dùng điện trở phụ mạch phần ứng ....................................................... 63 Hình 3.3: Khởi động bằng điện trở để giảm dòng điện khởi động ...................... 64 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế hệ điều khiển động cơ một chiều bằng điện áp phần ứng ......................................................................... 64 Hình 3.5: Các đặc tính cơ điều chỉnh khi điều khiển động cơ một chiều bằng điện áp phần ứng ................................................................................ 65 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ một chiều kích từ song song và kích từ độc lập ........................................................................ 65 Hình 3.7: Các đặc tính cơ điều chỉnh bằng từ thông của động cơ một chiều ...... 66 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý đieàu khieån baèng ñieän trôû phuï trong maïch rôto ...... 67 Hình 3.9: Họ đặc tính cơ đieàu khieån baèng ñieän trôû phuï trong maïch rôto ......... 67 Hình 3.10: Khôûi ñoäng baèng ñieän trôû phuï trong maïch rôto ................................ 68 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý đieàu khieån baèng điện áp stato ................................ 69 Hình 3.12: Họ đặc tính cơ rôto lồng sóc khi điều khiển điệp áp stato ................. 70 Hình 3.13: Họ đặc tính cơ rôto dây quấn khi điều khiển điệp áp stato ................ 70 Hình 3.14: Các sơ đồ nối điện trở, điện kháng phụ để khởi động ....................... 71 Hình 3.15: Sơ đồ khái quát hệ biến tần điều khiển động cơ ................................ 71 Hình 3.16: Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều ................. 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện – NXB Khoa học và kỹ thuật, năm 2001. [2] PGS.TS. Bùi Đình Tiếu, Giáo trình Truyền động điện – NXB Giáo dục. [3] Bùi Đình Tiếu, Phạm Duy Nhi, Cơ sở Truyền động điện tự động – NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp, năm 1983.