CHƯƠNG 2.1: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Chia sẻ: Nguyen Trong Chi | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

2.090
lượt xem 235
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mối quan hệ giữa tốc độ n hoặc với mô men sinh ra của động cơ hoặc của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của động cơ hoặc máy sản xuất Đặc tính cơ có thể viết ở hai dạng : Hàm thuận và hàm ngược Hàm thuận n = f (M) hoặc = f(M) Hàm thuận hay được sử dụng để đánh giá chất lượng tĩnh của hệ truyền động điệnn sinh ra của động cơ hoặc của hệ truyền động điện.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 2.1: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỆN

CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỆN §2.1 Các khái niệm cơ bản I . Khái niệm về đặc tính cơ 1. Định nghĩa Mối quan hệ giữa tốc độ n hoặc với mô men sinh ra của động cơ hoặc của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của động cơ hoặc máy sản xuất Đặc tính cơ có thể viết ở hai dạng : Hàm thuận và hàm ngược - Hàm thuận n = f (M) hoặc = f(M) Hàm thuận hay được sử dụng để đánh giá chất lượng tĩnh của hệ truyền động điện - Hàm ngược M = f(n) hoặc M = f (ω) Hàm ngược thường được sử dụng trong việc tính toán giải tích 2. Phân loại đặc tính cơ - Đặc tính cơ tĩnh : mối quan hệ = f (M) của động cơ trong những trạng thái làm việc xác lập của - Đặc tính cơ động : là qũy tích các điểm có tọa độ ( M i , ωi ) trong thời gian của quá trình quá độ hay còn được gọi là qũy đạo pha của hệ - Đặc tính cơ điện : Là mối quan hệ giữa tốc độ của động cơ và dòng điện phần ứng hoặc mạch động lực n = f (I) hoặc = f(I) Đặc tính cơ điện dùng để đánh giá mức độ chịu tải của động cơ về mặt dòng điện Đối với đặc tính cơ tĩnh và đặc tính cơ động thì mỗi đặc tính lại được chia làm 2 loại - Đặc tính cơ tự nhiên : là đặc tính cơ ứng với các thông số của động cơ là định mức - Đặc tính cơ nhân tạo : là đặc tính cơ thu được khi ta thay đổi các thông số của động cơ 3. Độ cứng của đặc tính cơ Độ cứng của đặc tính cơ biểu thi sự thay đổi của tốc độ khi mô men thay ®æi dM ∆M β = = dω ∆ω ω φ ω0 A M M C0 dM β A = = tgϕ dω Đễ dễ phân biệt thì độ cứng của động cơ ta ký hiệu là β còn của máy sản xuất là βc II. Hệ đơn vị tương đối sử dụng trong truyền động điện Để thuận tiện cho việc tính toán thiết kế , hoặc so sánh đánh giá các hệ truyền động điện , người ta thường sử dụng hệ đơn vị tương đối . Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng đơn vi tương đối ta lấy trị số của nó chia cho trị số của đại lượng cơ bản tương ứng đã chọn . Trong truyền động điện các đại lượng cơ bản thường chọn là các đại lượng định mức như : Uđm , Iđm , ωđm , Mđm Rđm ........ 6
Để ký hiệu ta dùng dấu * trên các đại lượng đó . Ví dụ trị số tương đối của điện áp U U • • U= U%= .100% U dm U dm Φ I M • • • I= M= Φ= tương tự của dòng điện và từ thông ; mô men Φ dm I dm M dm Khi sử dụng ta cần chú ý : - Đối với các máy điện một chiều kích từ độc lập và hỗn hợp , tốc độ cơ bản là ω0 ; với các máy đồng bộ và không đồng bộ tốc độ cơ bản là tốc độ không tải lý tưởng ; với các máy điện một chiều kích từ nối tiếp tốc độ cơ bản là tốc độ định mức - Đại lượng cơ bản của điện trở là điện trở định mức Với các máy một chiều U Rdm = dm (Ω) I dm Với động cơ không đồng bộ ro to dăy quấn thì điện trở định mức của ro to R đm bao gồm điện trở của cuộn dây roto ở một pha r2 cộng với điện trở phụ Rf mắc nối tiếp vào mỗi pha sao cho khi roto đứng yên , mạch stato đặt vào điện áp định mức , tần số định mức thì dòng ở mỗi pha có trị số định mức . Khi roto đấu hình sao thì tổng trở định mức ở mỗi pha là E Z 2 dm = 2 nm (Ω) 3I 2 dm E2nm : sđđ giữa 2 vành góp khi roto đứng yên còn stato có thông số định mức I2đm : dòng điện định mức ở mỗi pha của roto do trong các động cở không đồng bộ x2đm
n 1 4 2 3 nđm M M c0 Mđm IV. Các trạng thái làm việc xác lập của truyền động điện 1. Khái niệm về trạng thái làm việc xác lập Hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái xác lập khi mô men quay của động cơ cân bằng với mô men cản, nghĩa là : Mđg = Mđ - Mc = 0 Trong trạng thái làm việc xác lập tốc độ của động cơ không đổi và không phụ thuộc thời gian dω = 0 . Vì mô men của động cơ trong chế độ tĩnh là một hàm của tốc độ nên sự nghĩa là dt cân bằng Mđ=Mc chỉ tồn tại khi mô men cản cũng là một hàm của tốc độ hoặc có trị số không đổi. Nếu mô men cản lại phụ thuộc vào các đại lượng khác thì điều kiện xác lập không bao giờ tồn tại mà chỉ có trạng thá tựa xác lập . Trong trạng thái tựa xác lập giá trị tức thời của mô men và tốc độ đều thay đổi , còn giá trị trung bình của mô men động cơ và mô men cản bằng nhau do giá trị trung bình của tốc độ không đổi Theo quy ước về dấu của các mô men trong phương trình chuyển động thì ở trường hợp mô men động cơ cùng chiều tốc độ còn mô men cản ngược chiều tốc độ , các đặc tính cơ của động cơ và của máy sản xuất được biểu diễn trên cùng một góc phần tư của mặt phẳng tọa độ . Giao điểm A của chúng chính là điểm làm việc xác lập của hệ n A nxl M M c0 Mxl 2. Trạng thái động cơ và trạng thái máy phát a . Trạngthái động cơ Là trạng thái mà mô men của động cơ cùng chiều với tốc độ nghĩa là M , ω >0 . Trong trạng thái này điện năng từ lưới qua động cơ sẽ biến thành cơ năng đưa ra trên trục b. Trạng thái máy phát 8
Là trạng thái mà mô men của động cơ ngược chiều với tốc độ nghĩa là M . ω 0 M.ω < 0 M.ω > 0 III “ Đ “ IV “ Đ “ Trạng thái động cơ điện Trạng thái máy phát điện M 0 V. ổn định tĩnh và tiêu chuẩn ổn định tĩnh Trạng thái xác lập của hệ truyền động điện là Mđ = Mc , đặc trưng cho trạng thái này là mô men và tốc độ không đổi . Đây có thể được xem làmột trạng thái cân bằng của hệ thống truyền động điện đối với tọa độ . Trạng thái cân bằng này có thể bị phá vỡ nếu những thông số trong hoặc ngoài của hệ thống thay đổi như : Điện áp lưới , sự biến thiên của phụ tải.... Sau khi trạng thái cân bằng cũ bị phá vỡ hệ thống có thể xác lập được một trạng thái cân bằng mới hoặc không thể xác lập được trạng thái cân bằng nào Quá trình cân bằng có thể được chia làm hai loại : - Quá trình diễn biến nhanh nên bắt buộc phải xem xét đến quán tính điện từ và quán tính cơ học của hệ . Độ ổn định tương ứng của loại này gọi là ổn định động - Quá trình diễn biến chậm đến mức có thể bỏ qua quán tính điện từ và quán tính cơ học của hệ , nghĩa là chỉ cần quan tâm đến trạng thái ban đầu và cuối cùng của hệ . Dộ ổn định tương ứng với loại này gọi là độ ổn định tĩnh của hệ thống truyền động điện Phát biểu về tiêu chuẩn ổn định tĩnh : “ Điều kiện cần và đủ để một trạng thái xác lập của hệ thống truyền động điện ổn định là gia số tốc độ , đặc trưng cho hiện tượng mất cân bằng và mô men động xuất hiện khi đó phải ngược M dg
Với các giả thiết trên ta có ∆M d = β∆ω ∆M c = β c ∆ω M dg = ∆M d − ∆M c = ( β − β c )∆ω và M dg = β − βc từ đó ta rút ra ∆ω Trong trường hợp tổng quát Mđg , ∆ω có thể dương hoặc âm . Để dễ xét ổn định tĩnh ta luôn giả thiết ∆ω > 0 . Vậy tiêu chuẩn ổn định tĩnh chỉ còn lại là Mđg < 0 , nghĩa là đảm bảo ∆M d − ∆M c < 0 β − βc < 0 ⇒ β < βc Thì điểm xác lập của hệ là ổn định tĩnh .Theo tiêu chuẩn ổn định tĩnh ta xét cho truyền động dùng động cơ không đồng bộ với các dạng tải khác nhau ω ω0 Mc Mđ M Trong lý thuyết hệ thống có thể làm việc ở điểm 1 và 2 nhưng điểm 2 có độ dự trữ ổn định kém , độ trượt lớn , tổn hao nhiều 2.2 . Động cơ điện một chiều kích từ độc lập I . Thành lập phương trình đặc tính 1 . Đặc điểm Đặc điểm của động cơ là dòng điện kích từ không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ Để đảm bảo các điều kiện như trên thì ta mắc động cơ theo các cách sau: - Nếu nguồn một chiều có công suất và điện áp không đổi thì mạch kích từ được mắc // với mạch phần ứng _ Uđm Rf Iư Eư Rkt Ikt KTSS Nếu nguồn một chiều có công suất không dủ lớn thì nguồn kích từ phải độc lập với - nguồn phần ứng.Ta có sơ đồ nguyên lý như sau 10
_ Uđm Rf Iư Eư Rkt Ikt KT Ukt _ 2. Thành lập các phương trình đặc tính Từ phương trinh cân bằng điện áp mạch phần ứng Ul = E + (Rư + Rf )Iư Trong đó Ul : Điện áp phần Rư = rư + rcf + rcb + rct : Điện trở mạch phần ứng Rf : Điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng Iư : Dòng điện phần ứng Sđđ của phần ứng được xác định theo biểu thức sau : φ ω = kφ ω E= pN 2πa Trong đó : p : Số đôi cực từ chính N : Tổng số thanh dẫn của cuộn dây phần ứng a : Số mạch nhánh song song φ : Từ thông kích từ dưới một cực ω : Tốc độ góc k : hệ số cấu tạo động cơ Thay vào và biến đổi ta được Ru + R f U ω= l − I kφ kφ Hoặc viết ở dạng tương đối * Ru * + R f * Ul * * ω= − I * * Φ Φ Đây là các phương trình đặc tính cơ - điện của động cơ ở dạng thường và dạng tương đối Mặt khác Mđt của động cơ được xác định theo biểu thức pN φI = kφI M dt = 2πa Ta rút ra M I = dt kφ Thay vào phương trình cơ điện ta được Ru + R f U ω= l − M dt kφ (kφ ) 2 Hoặc viết ở dạng tương đối R* + R* U l* ω* = * − u * 2 f M dt * φ (φ ) 11
Nếu bỏ qua các tổn thất năng lương bên trong động cơ thì khi đó Mđt = Mcơ = M và phương trình đặc tính cơ của động cơ là Ru + R f U ω= l − M kφ (kφ ) 2 Ul - Khi I = 0 hoặc M = 0 khi đó ta có ω = = ω 0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của kφ động cơ - Khi ω = 0 ta có Ul I= = I nm Ru + R f M = kφI nm = M nm Inm và Mnm là dòng điện và mô men ngắn mạch Từ các phương trình trên mối quan hệ ω =f(M) và ω = f(I) được biểu diễn như hình sau: n n n0 n0 M I Mnm Inm II. Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ 1. ảnh hưởng của thông số Rf Giả thiết rằng Ul = Uđm , Φ = Φddm , muốn thay đổi điện trở tổng của mạch phần ứng ta thay đổi Rf Trong trường hợp này ta có U ω = dm = ω 0 = const kφ dm Độ cứng của đặc tính cơ dM (kφ dm ) 2 β= = = Var dω Ru + R f Rf càng lớn thì độ cứng β càng nhỏ nghĩa là đặc tính càng dốc . Khi R f = 0 ta có đặc tính cơ tự (kφ dm ) 2 nhiên với β tn = − có giá trị là lớn nhất Ru 1 ở hệ đơn vị tương đối β tn = − * * Ru Như vậy khi thay đổi điện trở Rf ta được một họ đặc tính như trên hình vẽ 12
n n0 Rf=0 Rf1 R f2 Rf1 2 mU U U2 M 3. ảnh hưởng của từ thông kích từ Φ Giả thiết rằng Rf = const , U= Udm ,khi thay đổi từ thông kích từ Φkt ta có U ω 0 = l = Var Tốc độ không tải lý tưởng kφ (kφ ) 2 dM Độ cứng của đường đặc tính cơ β = = = Var dω Ru + R f U dm Đối với đường đặc tính cơ điện I nm = = const không phụ thuộc vào từ thông kích từ , còn R ở đường đặc tính cơ M nm max = kφ x I nm = Var Do cấu trúc của máy điện cho nên việc điều chỉnh từ thông chỉ tiến hành theo chiều giảm.Các đường đặc tính cơ nhân tạo được trình bày trên hình vẽ . 13
n n01 n02 n03 Φ2 Φ 3 Φ1> Φ2> Φ3 Φ 1 M III. Phương pháp xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo Để xây dựng được đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song ) ta cần biết các thông số sau đây Pđm ,Uđm , Iđm ,nđm , Rư , η đm ....... 1. Cách dựng đường đặc tính cơ điện , cơ tự nhiên Vì các đường đặc tính cơ là các đường thẳng cho nên khi xây dựng đường đặc tính cơ ta chi cần xác định 2 điểm đặc biệt : Điểm không tải và điểm làm việc định mức a. Đặc tính cơ điện tự nhiên - Điểm không tải có tọa độ [ I = 0 ; ω = ω 0 ] trong đó các điểm này được xác định như sau : U ω 0 = dm kφ dm U dm − I dm Ru kφ dm = ω dm - Điểm định mức có tọa độ [ I = Iđm ; ω = ω dm ] trong đó các điểm được xác định như sau : n ω dm = dm 9,55 b. Đặc tính cơ tự nhiên - Điểm thứ nhất được xác định như trong đặc tính cơ điện Pdm - Điểm thứ 2 có tọa độ [ M = Mđm ; ω = ω dm ] trong đó M dm = ω dm ω ωo ω®m 0 M M ®m 2. Cách dựng đường đặc tính cơ nhân tạo a. Đặc tính biến trở Mọi đặc tính biến trở đều đi qua điểm không tải lý tưởng ω = ω 0 , như vậy ta chỉ cần xác định thêm điểm định mức . Điểm này có tọa độ : 14
- Với đặc tính cơ điện [ Iđm , ω ntdm ] [ Mđm , ω ntdm ] - Với đặc tính cơ Trong đó giá trị của ω ntdm được xác định như sau Từ phương trình đặc tính cơ điện tự nhiên ta có U − I dm Ru ω dm = dm kφ dm Từ phương trình đặc tính biến trở ta có U dm − I dm ( Ru + R f ) ω ntdm = kφ dm ω ntdm Tiến hành lập tỉ số và biến đổi ta có ω dm U dm − I dm ( Ru + R f ) ω ntdm = ω dm U dm − I dm Ru Như vậy từ các giá trị trên ta sẽ dựng được đường đặc tính biến trở b. Đặc tính giảm từ thông Việc xây dựng đường đặc tính cơ nhân tạo dựa vào đặc tính cơ tự nhiên. Ta xác định 2 điểm : Điểm không tải [ I = 0 ; M = 0 hoặc ω = ω 0 x ] và điểm định mức [ I = I đm ; M = Mđm hoặc ω = ω ntdm = ω 0 x − ∆ω ntdm ] - Với đặc tính cơ điện : Điểm thứ nhất ứng với I = 0 ta có : φ  φ U U ω 0 x = dm = dm * dm = ω 0  dm  φ  kφ dm kφ dm φ x  x Với giả thiết rằng mạch từ chưa bão hòa thì khi đó ta có φ = CI kt C: hệ số tỉ lệ  I ktdm  Do đó ω 0 x ≈ ω 0  I    ktx  Điểm thứ 2 ứng với Iđm ta cần xác định độ sụt tốc độ nhân tạo tương ứng : IR ∆ω ntdm = dm u kφ dm Hoặc có thể xác định ∆ω ntdm dựa vào độ sụt tốc định mức trên đặc tính cơ điện tự nhiên ∆ω ntdm theo biểu thức sau : φ  I  ∆ω ntdm = ∆ω tndm  dm  hoặc ∆ω ntdm ≈ ∆ω tndm  dm  φ  I   x  x I dm Ru Trong đó ∆ω tndm = kφ dm Dựa vào các thông số trên ta xác định được điểm thứ 2 và tiến hành dựng đặc tính 15
ω ω0 x Φx Δωnt® m ω0 Δωtn® m Φ0 0 Im I I ® nm Với đặc tính cơ : - Điểm thứ nhất được xác định như ở trên M dm Ru Điểm thứ 2 ứng với Mđm ta cần xác định độ sụt tốc độ tương ứng ∆ω tndm = (kφ x ) 2 Từ các phương trình đặc tính cơ tự nhiên và giảm từ thông ta có 2 2 φ  I  ∆ω ntdm = ∆ω tndm  dm  hoặc ∆ω ntdm ≈ ∆ω tndm  dm  φ  I   x x  Ta có đường đặc tính được vẽ như sau ω ω0x Φx Δωnt® m ω0 Δωtn® m Φ0 M 0 ' Mn Mn M ®m Khi xây dựng nếu chưa biết Rư thì ta có thể xác định như sau: U ru = 0,5(1 − η dm ) dm = 0,5(1 − η dm ) Rdm I dm và trong các phương trình thường lấy Rư = rư IV . Khởi động và cách xác định điện trở khởi động cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập 1. Khởi động động cơ Khi khởi động động cơ , dòng điện khởi động ban đầu (dòng điện ngắn mạch) với đặc tính tự nhiên được xác định : U I nm = dm Ru ở những động cơ công suất trung bình và lớn Rư thường rất nhỏ U Ru = (0,04 ÷ 0,05) dm I dm I nm = (20 ÷ 25) I dm 16
Với dòng điện lớn như vậy không thể cho phép về mặt chuyển mạch và phát nóng cũng như sụt áp trên lưới điện Để hạn chế dòng điện khi khởi động , ta phải sử dụng một điện trở nối tiếp với mạch phần ứng gọi là điện trở khởi động Rf . Trị số của Rf được chọn sao cho U dm I nm = ≤ (2 ÷ 2,5) I dm Ru + R f Điện trở này sẽ được cắt đần ra khỏi mạch phần ứng trong quá trình khởi động.Ta có sơ đồ khởi động như sau ( 1K, 2K ,3K là các tiếp điểm khống chế quá trình khởi động _ + U đm 1K 2K 3K Iư Eư Rkt Ikt KT Ukt = const _ + 2. Các phương pháp xác định điện trở khởi động a. Phương pháp đồ thị Phương pháp này được tiến hành theo các bước sau đây: -Dựa vào các thông số của động cơ tiến hành dựng đường đặc tính cơ tư nhiên. -Chọn 2 giới hạn chuyển đổi của dòng điện khởi động : Giới hạn dòng điện trên I1 được chọn đảm bảo điều kiện phát nóng của động cơ I 1 ≤ (2 ÷ 2,5) I dm Dòng điện chuyển cấp I2 được chọn để không làm giảm thời gian khởi động I 2 ≥ (1,1 ÷ 1,3) I dm hoặc Ic -Đặt I1 , I2 lên trục hoành , từ I1 , I2 kẻ 2 đường dòng song song với trục tung cắt đường đặc tính cơ tự nhiên tại 2 điểm a,b . Từ điểm b kẻ đường song song với trục hoành cắt đường dóng I2 tại c . Nối ω 0 ,c ta được đường đặc tính biến trở thứ 1 . Đặc tính này cắt đương dóng I 1 tại d . Tại d lại kẻ đường song song với trục hoành cắt đường dóng I2 tại e . Nối ω 0 , e ta được đặc tính biến trở thứ 2 . Tiếp tục làm như vậy cho đến khi đồ thị thỏa mãn các điều kiện sau : + Số đặc tính biến trở bằng số cấp khởi động m yên cầu . + Đặc tính biến trở cuối cùng phải cắt trục hoành tại điểm I1 ứng với ω = 0 n a i n0 c b d e f g h I I1 I2 - Xác định giá trị của các cấp điện trở khởi động Từ ω = 0 kẻ đường song song với trục hoành cắt đường dòng I1 tại i ứng với I1 trên đặc tính cơ điện tự nhiên ta có : R ∆ω tn = u I 1 kφ Trên đặc tính biến trở 1 ta có 17
Ru + R f 1 ∆ω nt1 = I1 kφ ∆ω nt1 Lập tỉ số ta có ∆ω nt ∆ω nt1 Ru + R f 1 = ∆ω nt Ru Biến đổi biểu thức trên ta có ∆ω nt1 − ∆ω tn Rf1 = Ru ∆ω tn id − ib bd Rf1 = Ru = Ru Từ đồ thị ta có ib ib Tương tự với các đặc tính biến trở khác ta có if − id df Rf 2 = Ru = Ru ib ib ih − if fh Rf 3 = Ru = Ru ib ib b. Phương pháp giải tích Giả thiết động cơ được khởi động với m cấp điện trở , đường đặc tính dốc nhất là đường thứ m , lần lượt là m-1 ..... Điện trở phụ tại mỗi cấp là rf1 , rf2 ,.....rfm và điện trở tổng với mỗi đặc tính là R1 = Rư +rf1 R2 = Rư +rf1 +rf2 .......................... Rm-1 = Rư +rf1 +rf2 +........rf(m-1) Rm = Rư +rf1 +rf2 +........rf(m-1)+rfm U dm − E m Tại điểm g trên đường đặc tính ta có I 2 = Rm U − Em I 1 = dm Tại điểm f Rm −1 Em là sdd của động cơ ứng với ω gf . Tiến hành lập tỉ số I1/I2 ta có I1/I2 = Rm/Rm-1 Tương tự với các cấp khác ta có : R R I1 R = m = m −1 = ............... = 1 I 2 Rm −1 Rm − 2 Ru I1 = λ là bội số dòng điện khởi động ta có Đặ t I2 R R I R λ = 1 = m = m−1 = ............... = 1 I 2 Rm −1 Rm −2 Ru Ta rút ra được R1 = λRu R2 = λR1 = λ2 Ru R3 = λR2 = λ3 Ru ......................... ........................... Rm = λRm−1 = λm Ru - Nếu biết số cấp điện trở khởi động m , Rm ,Rư ta tìm được bội số dòng điện kđ 18
Rm U λ=m = m dm trong đó Rm = Udm/I1 Ru Ru I 1 - Nếu biết λ , Rm,Rư ta xác định được m Rm 1 1 lg ** R M* * Ru RI m= = lg u 1 = lg u 1 lg λ lg λ lg λ Khi đó trị số các cấp điện trở khởi động được xác định như sau : r f 1 = R1 − Ru = (λ − 1) Ru r f 2 = R2 − R1 = λ (λ − 1) Ru r3 = R3 − R2 = λ2 (λ − 1) Ru ...................................... rm = Rm − Rm−1 = λm−1 (λ − 1) Ru Việc xác định số cấp điện trở khởi động được tính toán cụ thể như sau : +.Cho m , yêu cầu khởi động nhanh ta có thể tiến hành như sau : - Chọn I1 = 2.5Iđm và tính Rm = Uđm/I1 - Tính λ - Xác định các cấp điện trở cần thiết rf1, rf2,.......rfm. +. Cho m , yêu cầu khởi động bình thường ta có thể tiến hành như sau : - Chọn giới hạn dưới của dòng điện khởi động I2=(1.1 –1.3)Ic hoặc Iđm U dm 1 - Các định λ theo biểu thức λ = m+1 = m +1 * * Ru I 2 Ru M 2 - Từ λ xác định trị số cấp điện trở cần thiết +. Cần xác định số cấp điện trở khi không biết m : - Tùy theo yêu cầu chọn chế độ khởi động ( bình thường , êm hoặc không êm ) và xác định I1 hoặc I2 - Tính λ R 1 1 lg m - Xác định m theo biểu thức m = Ru = lg Ru I 1 = lg Ru M 1* ** * lg λ lg λ lg λ - Nếu m không nguyên chọn lại I1 hoặc I2 và tính lại - Xác định trị số của các cấp điện trở khởi động V. Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập Hãm là một trạng thái mà mô men động cơ sinh ra ngược lại với chiều quay của rotor. Động cơ điện có 3 trạng thái hãm : Hãm tái sinh , hãm ngược và hãm động năng 1. Hãm tái sinh Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của ro to lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng nhờ phụ tải có tính thế năng . Khi hãm E > U động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới. Trong chế độ này dòng điện và mô men đổi chiều U − E kΦω 0 − kΦω Ih = l =
Phương trình đặc tính cơ trong quá trình hãm là R R ω =ω 0 + I h = ω0 + Mh kΦ (kΦ) 2 Đặc tính cơ được biểu diễn trên hình n nh HT n0 S nxl M Mc 2 Mc1 * Hiệu suất trong quá trình hãm tái sinh Pdt − ∆P I 2R Pd η= = =1− Pdt Pdt EI R* Khi phụ tải là định mức thì ta có η = 1 − 1 + R* a. Các trương hợp xảy ra hãm tái sinh - ở những hệ có điều chỉnh tóc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ, HTS xảy ra trên những đoạn đặc tinh mà điện áp phần ứng có trị số nhỏ hơn sdd của nó . H1 - ở nhưng hệ TDD có tải thế năng , HTS xảy ra khi hạ tải với tốc độ lớn hơm tốc độ không tải . n n0 nxl M Mc1 n01 H TS nxl1 2. Hãm ngược Hãm ngược xảy ra khi ro to quay ngược với chiều quay tương ứng do điện áp nguồn gây ra .HN xảy ra trong các trường hợp sau a. Đưa thêm điện trở phụ có giá trị đủ lớn vào trong mạch ro to Khi đó mô men ngắn mạch của đặc tính biến trở nhỏ hơn mô men cản 20
n n0 b a n1 c M Mc1 HN n2 d Giả sử động cơ đang nâng tải với tốc độ xác lập ứng với điểm a trên đặc tính , khi đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính biến trở. Tại b do mô men của động cơ nhỏ hơn mô men cản nên nó giảm tốc , tải vẫn được nâng lên với tốc độ giảm dần. Đến c tốc độ bằng 0 do mô men của động cơ nhỏ hơn mô men cản nên mô men cản bắt rô to quay ngược lại, tải được hạ với tốc độ tăng dần. Tại d do mô men động cơ cân bằng với mô men cản nên tải được hạ với tốc độ không đổi. Đoạn hãm ngược là doạn cd trên đường đặc tính U + E U l + kΦ I h Ih = l = Ru + R f Ru + R f M h = kΦI h Trong giai đoạn HN động cơ làm việc như một máy phát mắc nối tiếp với lưới điện , biến điện năng nhận từ lưới và cơ năng trên trục động cơ thành nhiệt năng vì vậy tổn thất năng lượng là rất lớn. Phương trình cân bằng công suất Pđ + Pcơ = Pnhiệt UlI + M ω =(Rư + R f )I2 Phương trình dặc tính cơ là phương trình biến trở b.Đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng Sơ đồ hãm có dạng như sau _ + Uđm Iư Eư Rkt Ikt KT Ukt = const + Đặc tính và quả trình hãm được chỉ ra trên hình vẽ 21
n n01 b a H M c2 N c Mc 1 d n02 Giả sử động cơ đang làm việc xác lập tại điểm a trên đặc tính cơ tự nhiên với phụ tải là Mc ta tiến hành đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng , động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đường đặc tính theo chiều ngược lại . Tại b do quán tính ro to vẫn quay theo chiều cũ nhưng tốc độ giảm dần. Taị c tốc độ động cơ bằng 0 , nếu ta cắt động cơ ra khỏi lưới thì ro to sẽ dừng , nếu không tốc độ động cơ sẽ quay tăng dần theo chiều ngược lại và động cơ sẽ làm việc xác lập tại điểm d trên đường đặc tính . Đoạn bc là đoạn hãm ngược Trong giai đoạn hãm ngược do điện áp đổi cực tính nên U l + kΦ I h − (U l + E ) Ih = =−
Vì phần ứng được khép kín qua điện trở hãm , nên sdd ban đầu sinh ra dòng điện hãm ban đầu được tính theo biểu thức kΦω bd − Ebd Ih = =−
Từ sơ đồ nguyên lý ta có Iư = Ih + Ikt kΦω E Iu = − =− r .R r .R Với Ru + kt h Ru + kt h rkt + Rh rkt + Rh Phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ là r .R r .R Ru + kt h Ru + kt h rkt + Rh rkt + Rh ω=− Iu = − M kΦ (kΦ ) 2 rkt .Rh Ru + ≈ 1 và như vậy Trên thực tế rkt có giá trị rất lớn so với Rh nên ta có thể coi rkt + Rh phương trình trên trở thành Ru + Rh R +R ω=− I u = − u 2h M kΦ (kΦ) Trong quá trình hãm tốc độ giảm dần do đó từ thông giảm dần và là hàm của tốc độ vì vậy các đường đặc tính có dạng phi tuyến 2.3 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp I. Đặc điểm Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ được mắc nối tiếp với cuộc dây phần ứng , vì vậy cuộn kích từ có tiết diện lớn, số vòng dây nhỏ Sơ đồ nguyên lý được trình bày trên hình vẽ Uđm Iư KT Eư II. Phương trình đặc tính và dạng của chúng Từ sơ đồ nguyên lý ta có U l = E + IR = kΦω + IR M = kΦI R = ru + rctf + rkt + rcf + R f = Rd + R f Ta rút ra được phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ 24
Ul R ω= − I kΦ kΦ U R ω= l − M kΦ (kΦ ) 2 Ta nhận thấy phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ phụ thuộc cả vào từ thông Φ của động cơ vì từ thông phụ thuộc vào dòng điện phần ứng Để đơn giản ta giả thiết từ thông tỉ lệ tuyến tính với dòng điện kích từ nghĩa là ta có Φ = C.Ikt = C Iư Thay vào phương trình đặc tính cơ điện của động cơ ta có :  U U A R R ω= l − = 1 −B A1 = l = const B= = const   A1 kC A kCI kC I kC kC ω = −B= 2 −B M M M  M = kΦI = kCI 2 ⇒I=   kC A2 = A1 kC = const đặc tính cơ và cơ điện của động cơ có dạng hypebol và rất mềm. Đặc tính được trình bày trên hình vẽ Qua đường đặc tính ta nhận thấy khi động cơ làm việc trong chế độ không tải lý tưởng I=0,M=0 thì tốc độ không tải của động cơ sẽ rất lớn . tuy nhiên do có ma sát nên Φdư =(2 –10)%Φđm nên khi không tải lý tưởng ta có U ω0 = l kΦ du do Φ dư rất nhỏ nên tốc độ không tải là rất lớn . Các động cơ đang sử dụng trong công nghiệp chỉ cho phép ω max < ω dm vì vậy không được phép sử dụng động cơ MCKTNT trong các hệ truyền động không tải hoặc tải nhỏ. Mô men của động cơ được xác định theo công thức U l2 kC M= (kCω + R) 2 2(kCU l ) 2 dM ⇒β = =− dω (kCω + R ) 2 Độ cứng phụ thuộc vào tốc độ , tốc độ càng giảm modul độ cứng càng tăng III. Phương pháp xây dựng đặc tính cơ tự nhiên và biến trở Mối quan hệ Φ =f(Iư) là không tuyến tính nên khi xây dựng đặc tính cơ và cơ điện phải sử dụng phương pháp đồ thị giải tích dựa vào đường cong thực nghiệm đã cho. Người ta gọi đó là những 25