Giáo trình Truyền động điện (Nghề: Điện công nghiệp) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

Chia sẻ: Chuheo Dethuong25 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:114

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Truyền động điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái quát chung của hệ truyền động điện; Các đặc tính và trạng thái làm việc của hệ truyền động điện. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Truyền động điện (Nghề: Điện công nghiệp) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Lào Cai, năm 2017
BÀI MỞ ĐẦU KHÁI QUÁT CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1. Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động: Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) là một tổ hợp các thiết bị điện, điện tử, v.v. phục vụ cho cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản suất, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ. 2. Cấu trúc chung: Hình 1-1: Mô tả cấu trúc chung của hệ TĐĐ TĐ. BBĐ: Bộ biến đổi; ĐC: Động cơ điện; MSX: Máy sản xuất; R và RT: Bộ điều chỉnh truyền động và công nghệ; K và KT: các Bộ đóng cắt phục vụ truyền động và công nghệ; GN: Mạch ghép nối; VH: Người vận hành. Cấu trúc của hệ TĐĐ TĐ gồm 2 phần chính: - Phần lực (mạch lực): từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện năng đến bộ biến đổi (BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX). Các bộ biến đổi như: bộ biến đổi máy điện (máy phát điện một chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh lưu tiristor, bộ điều áp một chiều, biến tần transistor, tiristor). Động cơ có các loại như: động cơ một chiều, xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt. - Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người vận hành. Đồng thời một số hệ TĐĐ TĐ khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác hoặc với máy tính điều khiển. 1
3. Phân loại hệ thống truyền động điện tự động: - Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định. - Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, và hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí. Trong hệ này có thể là hệ truyền động điện tự động nhiều động cơ. - Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điều khiển số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền động điện tự động điều khiển theo chương trinh ... - Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều, động cơ bước, v.v. - Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động và hệ truyền động điện tự động. - Ngoài ra, cũng có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v. CHƯƠNG 1: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Bài 1- CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1. Các đại lượng đặc trưng cho các phần tử cơ học 2
1.2.2.1 Quy đổi mô men cản Mc và lực cản Fc về trục động cơ + Quan niệm về sự tính đổi như việc dời điểm đặt từ trục này về trục khác của mômen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ truyền lực. Thường quy đổi mômen cản Mc, (hay lực cản Fc) của bộ phận làm việc về trục động cơ. Hình 1-2- Mô men tang trống (trống tời TT) Mt , qua hộp giảm tốc (Bộ truyền lực TL) có tỷ số truyền là i + Giả sử tính toán và thiết kế người ta cho giá trị của mô men tang trống (trống tời TT) Mt , qua hộp giảm tốc (Bộ truyền lực TL) có tỷ số truyền là i và hiệu suất là ỗi . Mô men này sẽ tác tác động lên trục động cơ có giá trị Mcqd gọi là mô men quy đổi. - Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của hệ TĐĐTĐ: M t t Pdc  M cqd .  i Mt M cqd   i .i Trong đó : ựt - tốc độ góc của tang trống ự - tốc độ góc quy đổi trên trục động cơ. d i t ựd – tốc độ góc trên trục động cơ Nếu là tải trọng G sinh ra lực Fc có vận tốc chuyển động là v nó xẽ tác động lên trục động cơ một mô men Mcqd Fc .V  M cqd . d  i . t Fc .V F M cqd   c  i . t  d  . Trong đó: ủ = ựd /Vgọi là tỷ số quy đổi. 3
ỗ = ỗi.ỗt - hiệu suất hệ truyền lực gồm bộ truyền lực và tang trống. ỗt - hiệu suất của tang trống. 1.2.2.1 Quy đổi mô men quán tính về trục động cơ Các cặp bánh răng có moment quán tính J1,J2....Jk, mô men quán tính Jt, khối lượng quán tính m và mômen quán tính động cơ Jd đều có ảnh hưởng đến tính chất động học của hệ truyền động. Nếu xét điểm khảo sát là đầu trục động cơ và quán tính chung của hệ truyền động tại điểm này gọi là Jqd (mô men quán tính quy đổi). lúc đó phương trình động năng của hệ là  d2 2 2 J  2 J  2 mV 2 J qd .  J d . d  ( J 1 kd J ....  J k k )m t t  2 J qd2  J d   2 ( k )  t 2 2 2 2 2 2 1 ik it  Trong đó: ik = ự /ựk - tỉ số truyền từ trục thứ i. it = ự /ựt - tỉ số truyền từ trục tang trống Jqd - mômen quán tính quy đổi về trục động cơ. 1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện và máy sản xuất 1.3.1 Đặc tính cơ của động cơ điện Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và moment của động cơ. Ta có đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, nếu như động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức và không nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ). Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có thể làm việc định mức có giá trị Mđm, đm. Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các tham số nguồn hoặc thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ. Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ  và được tính. ΔM β= (1-1) Δω  lớn ta có đặc tính cơ cứng,  nhỏ đặc tính cơ mềm,  đặc tính cơ tuyệt đối cứng. Truyền động có đặc tính cơ cứng tốc độ thay đổi rất ít khi moment biến đổi lớn. Truyền động cơ có đặc tính cơ mềm tốc độ giảm nhiều khi moment tăng (xem H.1-3)  3 4 2 1 M
Hình 1-3 Độ cứng đặc tính cơ 1- Đặc tính cơ mền 2- Đặc tính cơ cứng 3- Đặc tính cơ tuyệt đối cứng 1.3.2 Đặc tính cơ của máy sản xuất Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng. Tuy vậy phần lớn nó được biểu diễn dưới dạng biểu thức tổng quát: ω α M C = M C 0 + ( M ® m - M C0 )( ) (1-2) ω® m Trong đó: M∞ – Moment ứng với tốc độ  = 0 Mđm – Moment ứng với tốc độ định mức đm MC – Moment ứng với tốc độ  Ta có các trường hợp: - ỏ = 0, MC = Mđm = const, các cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt thuộc loại này (đường 1, H.1-4a). - ỏ = 1, moment tỉ lệ bậc nhất với tốc độ, thực tế rất ít gặp, về loại này có thể lấy ví dụ cho máy phát một chiều tải thuần trở (đường 2, H.1-4a). - ỏ = 2, moment tỉ lệ bậc hai với tốc độ, là đặc tính của các máy bơm, quạt gió (đường 3, H.1-4a) - ỏ = -1, moment tỉ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu máy cuốn dây, cuốn giấy, các truyền động quay trục trính máy cắt gọt kim loại có đặc tính thuộc loại này (đường 4, H.1-4a). Ngoài ra một số cơ cấu của các máy có đặc tính khác, ví dụ: - Moment phụ thuộc vào góc quay MC = f() hoặc moment phụ thuộc vào đường đi MC = f(S), trong thực tế các máy công tác có pittông, các máy trục không có cáp cân bằng có đặc tính thuộc loại này. - Moment phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi MC = f(,S) như các loại xe điện. - Moment cản phụ thuộc vào thời gian MC = f(t), ví dụ như máy nghiền đá, quặng. Trên H.1-4b và c biểu diễn đặc tính của moment cản phản kháng và moment cản thế năng. - Moment cản thế năng (như trong các cơ cấu nâng hạ tải trọng), có đặc tính MC = const và không phụ thuộc vào chiều quay (H.1-4b). - Moment cản phản kháng luôn luôn chống lại chiều quay như moment ma sát, moment của cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại v.v..(hình 1-4c) 5
 2 1 3  đm 4 M MC0 M Hình 1-4a Hình 1-4a   Mc Mc Mc M M Mc 2 1 Hình 1-4b Hình 1-4c 1.4 Các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện - cơ. Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của truyền động điện. Ta định nghĩa: Dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ Pcơ = M. cấp cho máy sản xuất. Công suất cơ này có giá trị dương nếu như moment động cơ sinh ra có cùng chiều với tốc độ quay. Ngược lại, công suất điện có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và moment động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay. Moment của máy sản xuất được gọi là moment phụ tải hay moment cản. Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu của moment động cơ. 6
Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động là: Pđ = PC + P Trong đó: Pđ - công suất điện PC - công suất cơ P – tổn hao công suất Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của động cơ gồm: trạng thái động cơ và trạng thái hãm, (xem bảng 1-1) - Trạng thái động cơ bao gồm chế độ có tải và không tải - Trạng thái hãm gồm hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng. Hãm tái sinh Pđiện < 0, Pcơ > 0 cơ năng biến thành điện năng trả về lưới Hãm ngược Pđiện > 0, Pcơ < 0 điện năng và cơ năng chuyển thành tổn thất P Hãm động năng Pđiện = 0, P cơ < 0 cơ năng biến thành công suất tổn thất P Biểu đồ công Pđiện Pcơ P Trạng thái làm suất việc Pđ 1 0 =0 = Pđiện - Động cơ không P tải Pđ 2 Pc 0 0 = Pđ - Pc - Có tải P 3 Pc =0
5 =0 0  MC PC = Mđ. < 0  MC III Trạng thái động I Trạng thái hãm cơ V Hình 1-4: Trạng thái làm việc của truyền động điện trên các góc phần tư đặc tính cơ. Bài 2: Các đặc tính và trạng thái làm việc của động cơ điện 2.1. Đặc tính cơ của động cơ một chiều, các trạng thái khởi động và hãm 8
2.1.1.Đặc tính cơ, trạng thái khởi động và hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập và song song 2.1.1.1 Phương trình đặc tính cơ - Phương trình cân bằng điện áp: KT RKT Uư = Eư + Iư.Rư (1) Trong đó: Uư - điện áp đặt vào mạch phần ứng (V) RP Eư - sức điện động phần ứng (V) Ư Rư = rư + rcf + rb + rct + Rf rư - điện trở cuộn dây phần ứng hình 2-1a - Động cơ DC rcf - điện trở cuộn cực từ phụ kích từ độc lập rb - điện trở cuộn bù rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện Rf - điện trở phụ trong mạch phần ứng () KT RKT Np Mặt khác: Eư = .. = K.. (2) 2πa Trong đó: Np RP K= hệ số cấu tạo của động cơ Ư 2πa hình 2-1b - Động cơ DC N - số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây kích từ song song phần ứng p - số đôi cực từ chính  - từ thông kích từ dưới một cực từ, Wb  - tốc độ góc, rad/s a - Là số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eư = KE..n (3) 2 n n Và:  = = 60 9,55 Np Vì vậy: Eư = ..n 60a Np KE = hệ số sức điện động của động cơ 60a K KE =  0,105K 9,55 U R Từ (1) và (2) ta có:  = - Σ I (rad/s) (4) KΦ K Φ Biểu thức (4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ, mặt khác mô men điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi: Mđt = K..Iư (5) 9
M ®t  Iư = KΦ Thay giá trị Iư vào (4) ta được: U R = - Σ 2 M ®t (6) KΦ ( KΦ) Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men cơ trên trục động cơ bằng mô men điện từ, ta ký hiệu M. Nghĩa là Mđt = Mcơ = M U R Vậy:  = - Σ 2 M (rad/s) (7) KΦ ( KΦ) Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 2.1.1.2 Đường đặc tính cơ : Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông  = const, U R Đặt a = ; b = Σ 2 ta có  = a - bM KΦ ( KΦ) thì các phương trình đặc tính cơ là phương trình bậc nhất. Nên đường đặc tính cơ điện và đặc tính cơ là đường thẳng được biểu diễn trên hình 2-2a và hình 2-2b:   0 0 đm đm I M Iđm Inm Mđ Mn hình 2-2a hình 2-2b Đặc tính cơ điện Đặc tính cơ Theo đồ thị trên, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có: U = = 0 (8) KΦ 0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ Khi  = 0 ta có: U Iư = = Inm R Σ M = K..Inm = M nm Inm, M nm được gọi là đòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch. 2.1.1.3 Khởi động động cơ 1 chiều kích từ độc lập và song song 10
U - E U-E Từ phương trình: Iư = (1)  Imm = (2) R Σ R Σ Từ công thức trên cho thấy dòng kích từ nhỏ nên dòng điện của động cơ chủ yếu là dòng phần ứng vì vậy dòng điện phần ứng khi khởi động là chiếm đa số dòng khởi động của động cơ (gọi là dòng mở máy Imm) - Khi bắt đầu mở máy tốc độ rô to bằng 0 thì E bằng 0, nên ta có: U Imm = = (1020)Iđm (3) R Σ  Mô men mở máy: Mmm = KM.đm.Imm (4) Từ (3) và (4)  Mmm = (1020)Mđm (5) * Kết luận: - Từ phương trình (3) cho thấy khi mở máy, dòng mở máy rất lớn, sẽ ảnh hưởng đến lưới điện và phụ tải dùng chung lưới điện. - Từ phương trình (5) cho thấy khi khởi động thì mô men khởi động rất lớn gây rung giật làm ảnh hưởng xấu về mặt cơ học và ảnh hưởng đến hệ truyền động. Vậy để giảm bớt các ảnh hưởng nêu trên cần phải hạn chế dòng mở máy sao cho: Imm = (1,52,5)Iđm * Giải pháp giảm dòng mở máy: a/ Mở máy động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song bằng điện trở phụ ở mạch phần ứng. - Khi khởi động ta mắc các điện trở phụ sau đó ta loại dần các điện trở trong quá trình khởi động(hình 2-3a). KT RKT Rf1 Rf2 Rf3 Ư G1 G2 G3 hình 2-3 a-  0 A  đm 1 2 4 11 3 M 0 Mc MD M n hình2-3b
U I mm  r  rtx  rcp  rcb  R f 1  R f 2  R f 3 - Khi bắt đầu mở máy thì: n = 0, Mmm = (1,52,5)Mđm động cơ làm việc trên đường đặc tính số 4 hình 2-3b - Khi tốc độ tăng thì mô men giảm, khi mô men giảm MD = (1,11,3)Mđm thì loại điện trở phụ thứ 3. Động cơ làm việc trên đường đặc tính số 3 hình 2-3b, lúc này mô men tăng bằng với mô men mở máy. - Tốc độ tiếp tục tăng đến n2 > n1 thì mô men lại giảm về MD, lúc này loại điện trở phụ thứ 2, động cơ chuyển sang làm việc trên đường đặc tính số 2 hình 2-3b. Mô men lại tăng lên bằng mô men mở máy. Tốc độ tăng lên n3 > n2, mô men giảm đến MD thì loại điện trở phụ thứ nhất, động cơ chuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên, đường số 1 hình 2-3b. Mô men lại tăng kim lên bàng Mmm. - Tốc độ tiếp tục tăng lên điểm làm việc ổn định tại điểm A thì tốc độ của động cơ ổn định. b/ Mở máy động cơ bằng giải pháp thay đổi điện áp phần ứng.(hình 2-4a) KT RKT U - Ta có: Imm =  điện áp U giảm R Σ thì Imm giảm Ư - Đường đặc tính: U R Từ công thức:  = - Σ 2 M Bộ biến đổi điện áp KΦ ( KΦ)   = a - b.M  Thay đổi U tức là thay đổi a còn b.M không đổi hình 2-4a + Khi n = 0 thì Mmm  Uư = U1. Động cơ làm việc trên đường đặc tính số 3 n hình 2-4b n0 + Khi n = n1 (n1 > 0) mô men giảm A xuống bằng MD, tức là từ (1,11,3)Mđm thì tăng U ư = U2 (U2 > U1). Động cơ làm việc trên đường đặc tính số 2 hình 2-4b, mô men tăng bằng Mđm + Khi n = n2 (n2 > n1) mô men giảm 1 bàng MD thì Uư = U3 (U3 > U 2). Động cơ 3 2 làm việc trên đường đặc tính số 1 hình M 2-4b (U3 = Uđm). 0 Mc MD Mnm 2.1.1.4 Trạng thái hãm động cơ điện hình 2-4b 12
một chiều kích từ độc lập và song song + Hãm động cơ của một hệ truyền động điện nhằm một trong các mục đích sau: - Dừng hệ truyền động điện - Giữ hệ thống đứng yên trong khi hệ đang chịu một lực có xu hướng gây chuyển động - Gìm cho hệ truyền động điện làm việc ở một tốc độ ổn định - Giảm tốc độ hệ truyền động điện 1. Hãm tự do Là cách hãm mà khi động cơ đang làm việc ổn định ta thực hiện cắt điện cấp vào động cơ, lúc đó động cơ sẽ quay theo quán tính, sau một khoảng thời gian thì n = 0, M = 0. 2. Dùng phanh hãm Cắt điện cấp vào động cơ rồi dùng phanh hãm, hãm trục động cơ để tốc độ giảm về 0 và mô men giảm về 0. Dùng phương pháp hãm này động cơ dừng rất nhanh. 3. Hãm tái sinh - Là trạng thái sảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ứng với mọi đặc tính cơ và động cơ đang làm việc. - Khi động cơ làm việc ở chế độ ĐC thì nĐC > n0, động cơ tiêu thụ điện năng sinh ra cơ năng, khi hãm tái sinh tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng, lúc này động cơ trở thành máy phát điện phát ra điện năng trả về lưới. Như vậy trong động cơ có hai dòng điện ngược chiều nhau nên sinh ra hai mô men ngược chiều nhau thực hiện hãm động cơ. * Đường đặc tính ( hình 2-5) n 2 n0 nđm A 1 M 0 MC hình 2-5 4. Hãm ngược Hãm ngược là trạng thái đổi nối mạch điện động cơ để tạo ra mô men có chiều ngược lại với chiều quay của động cơ đang có. a/ Hãm ngược nhờ đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng 13
Ví dụ: Động cơ truyền động cho một cơ cấu nâng hạ - Khi nâng tải (hình 2-6a) động cơ có n = nN, M = MĐ (mô men quay của động cơ) nĐ M đ M Rf Ư K Tải hình 2-6a MC là mô men cản phụ thuộc vào trọng lượng của tải. Lúc này động cơ làm việc trên đường đặc tính số 1 hình 2-6c và ổn định tại điểm A, điện trở mạch phần ứng bị loại. Rf n Ư K n0 M nđm B A đ 1 n M 2 M D Tải 0 MB MC C hình 2-6b hình 2-6c - Khi hạ tải (hình 2-6b): Nối điện trở phụ vào mạch phần ứng nên Iư giảm dẫn đến MĐ giảm nên MB < MC 14
Ban đầu: n = nA Sau đó nĐC giảm đến điểm D thì n = 0 và bắt đầu quá trình hãm tải chiều quay ngược lại và ta nói bắt đầu quá trình hãm ngược, đường đặc tính hãm ngược là đường số 2 đoạn DC hình 2-6c. b/ Hãm ngược nhờ đổi nối đảo chiều quay kt kt Rf Rf Ư Ư nT nN K K Hình 2-7a Hình 2-7b * Hãm ngược nhờ đảo chiều quay có thể thực hiện bằng cách đổi chiều dòng điện cấp vào cuộn kích từ, hoặc đảo chiều phần ứng. Trong thực tế thường dùng hãm ngược bằng cách đảo chiều phần ứng. * Xét hình 2-7a: Giả sử động cơ đang làm việc bình thường chiều quay thuận NT thì điện trở phụ tải bị loại nhờ tiếp điểm K đóng, động cơ làm việc ổn định trên đường đặc tính cơ số 1 tại điểm A. * Xét hình 2-7b: Dòng điện phần ứng đổi chiều so với hình 2-a nên sẽ sinh ra một mô men ngược lại với hình 2-7a, chuyển điểm làm việc ổn định A sang A/ (hình 2-7c) nếu không có điện trở phụ nối vào mạch phần ứng và chuyển sang điểm B nếu có điện trở phụ nối vào mạch phần ứng. - Tại A/ có mô men ngược MA/ - Tại điểm B có mô men ngược MB  MA/ > MB Mặt khác mô men lớn thì có dòng lớn, vậy nếu động cơ đang làm việc ổn định tại điểm A muốn thực hiện hãm ngược bằng cách đảo chiều dòng điện vào phần ứng thì nên nối điện trở phụ vào mạch phần ứng nhằm hạn chế dòng điện hãm lớn. - Khi đổi chiều dòng điện sinh ra mô men ngược. Ví dụ mô men MB ngược chiều với mô men ban đầu, đồng thời cũng sinh ra tốc độ có chiều ngược với chiều ban đầu và kết quả là mô men triệt tiêu nhau giảm dần làm tốc độ giảm theo. Cụ thể khi mô n men giảm đến n0 điểm D A/ B nđm A thì n = 0 kết (2) (3) (1) thúc D M 15 0 MC -M/B -M/c hình 2-7c -n0
quá trình hãm ngược bắt đầu quá trình khởi động quay ngược, như vậy đường đặc tính hãm ngược là đoạn BD hình 2-7c. 5. Hãm động năng - Hãm động năng của một động cơ điện kích từ độc lập và kích từ song song là trạng thái mà động năng của hệ truyền động tích luỹ trong quá trình làm việc được biến đổi thành điện năng thông qua động cơ làm việc ở chế độ máy phát, điện năng phát ra được tiêu thụ dưới dạng nhiệt trên điện trở hãm. - Để hãm động năng cần phải giữ kích từ còn phần ứng được cắt điện và nối với điện trở hãm. Phần ứng quay trong từ trường của phần cảm sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng tạo ra dòng điện hãm và mô men hãm ngược với chiều quay đang có của động cơ. a/ Hãm động năng kích từ độc lập n kt n0 / B B A Iư nđm Ư Rhãm 2 K 1 M MB 0 MC hình 2-8a hình 2-8b - Giả sử động cơ đang làm việc ổn định trên đường đặc tính tự nhiên tại điểm A, muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta giữ nguyên dòng điện cấp cho cuôn kích từ và cắt điện vào phần ứng lúc này rô to vẫn quay theo quán tính cắt các đường sức từ do cuộn kích từ sinh ra, sinh ra sức điện động cảm ứng trên dây quấn rô to đồng thời tiếp điểm K đóng hình thành dòng điện cảm ứng chạy qua điện trở hãm có chiều ngược với dòng điện chính Iư nên sinh ra mô men có chiều ngược với mô men ban đầu do dòng điện chính sinh ra làm mô men tổng giảm dần nên tốc độ giảm, khi tốc độ n = 0 thì M = 0. kết thúc quá trình hãm, điện trở hãm càng nhỏ thì mô men hãm càng lớn và ngược lại. cụ thể ta có đường đặc tính hãm số 1 hình 2-8b, có điện trở lớn hơn điện trở hãm của đường đặc tính số 2 hình 2-8b. Vậy nên chọn đường số 1 vì hạn chế được rung giật do mô men hãm lớn nhưng có nhược đểm là hãm lâu. Nên chọn điện trở hãm sao cho Ih max ≤ 2,5Iđm 16
b/ Hãm động năng kích từ tự kích n kt Ikt n0 Iư / B B A Iư nđm Ư 2 1 Iư Rhãm M K MB 0 MC hình 2-9a hình 2-9b - ở chế độ động cơ làm việc bình thường thì động cơ làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên ổn định tại điểm A, giả sử muốn thực hiện hãm động năng thì ta thực hiện cắt điện cuộn kích từ phần ứng động cơ, lúc này rô to vẫn quay theo quán tính nên sẽ cắt các đường sức từ dư trên cực từ chính sinh ra Sđđ cảm ứng trên dây quấn rô to. Sđđ cảm ứng này kín mạch qua cuộn kích từ và điện trở hãm nhờ tiếp điểm K hình thành dòng điện cảm ứng đi qua cuộn kích từ có chiều cùng chiều với dòng điện IKT nên từ trường của cực từ chính không đổi chiều, dòng điện chạy trong phần ứng ngược chiều với dòng điện chính Iư do đó tạo ra mô men ngược với mô men ban đầu do dòng Iư sinh ra, bắt đầu thực hiện quá trình hãm ngược, quá trình hãm mô men giảm dần làm tốc độ giảm dần, khi tốc độ bằng 0 thì mô men bằng 0 kết thúc qua trình hãm. - Điện trở hãm càng nhỏ thì mô men hãm càng lớn và ngược lại vì: E Rh .Rkt Iư = mà Rtđ = R Σ + Rt ® R h + R kt Mhãm =K M.cư.Icư Trong đó: cư là từ thông do dòng điện cảm ứng trong cuộn kích từ sinh ra Icư là dòng điện cảm ứng chạy trong phần ứng Mà: Icư = I1 + I2 Trong đó: I1 là dòng cảm ứng chạy trong cuộn kích từ I2 là dòng cảm ứng chạy trong điện trở hãm Cụ thể là đường đặc tính cơ số 1 có điện trở hãm lớn hơn điện trở hãm trên đường đặc tính cơ số 2 hình 2-9b. 2.1.2.Đặc tính cơ, trạng thái khởi động và hãm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp KT Rf Ư 17 G hình 2-10a
2.1.2.1 Phương trình đặc tính cơ: Uư = Eư + Iư.Rư = KΦ  + IưRư (1) Trong đó: Uư - điện áp đặt vào mạch phần ứng (V) Eư - sức điện động phần ứng (V) Rư = rư + rcf + rb + rct + Rf + Rkt rư - điện trở cuộn dây phần ứng rcf - điện trở cuộn cực từ phụ rb - điện trở cuộn bù rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện Rf - điện trở phụ trong mạch phần ứng () Rkt - điện trở cuộn dây kích từ U R Σ Từ (1) ta có:  = - I (2) KΦ KΦ U R Mặt khác  = - Σ 2 M (3) KΦ ( KΦ) Trong các phương trình trên từ thông  biến đổi phụ thuộc dòng điện trong mạch kích từ. Để đơn giản khi thành lập phương trình đặc tính cơ ta giả thiết từ thông phụ thuộc tuyến tính với dòng điện kích từ  = CIkt C là hệ số tỷ lệ Nếu phản ứng phần ứng được bù đủ  = CIư Thế vào phương trình (2) ta có U R A = - Σ = 1 - B (4) KCI KC I U R Trong đó đặt A1 = ;B= KCI KC M Ta cũng có I = (5) KC Thay 5 vào 4 có A1 KC A2 ω= -B= - B (6) đây là phương M M  trình đặc tính cơ trong đó A2 = A1 KC 2.1.2.2 Đường đặc tính cơ Từ phương trình đặc tính cơ ta được đờng đặc tính cơ như hình 2-10b 18 M hình 2-10b
2.1.2.3 Khởi động động cơ một chiều kích từ nối tiếp - Khi khởi động động cơ một chiều kích từ nối tiếp nó cũng tương tự như động cơ một chiều kích từ độc lập, dòng khởi động rất lớn do đó cần phải có biện pháp để giảm dòng khởi động, muốn vậy áp dụng phương pháp khởi động qua các cấp điện trở phụ. KT Rf1 Rf2 Rf3 Ư G1 G2 G3 hình 2-11a - Khi bắt đầu khởi động thì cả ba điện trở phụ đều nối vào mạch phần ứng: U-E I mm1 = với R1 = Rư + RKT + Rf1 + Rf2 +Rf3 R Σ1 Động cơ làm việc trên đường đặc tính số 1 hình 2-11b - Khi động cơ đạt đến tốc độ n = n1 thì loại điện trở phụ Rf1 động cơ chuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ số 2 hình 2-11b U-E I mm2 = với R2 = Rư + RKT + Rf2 +Rf3 R Σ2 - Khi động cơ đạt đến tốc độ n = n2 (n2 > n1) thì loại điện trở phụ Rf2 động cơ chuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ số 3 hình 2-11b U-E I mm3 = với R3 = Rư + RKT +Rf3 R Σ3 - Khi động cơ đạt đến tốc độ n = n3 (n2 > n2) thì loại điện trở phụ Rf2 động cơ chuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên tăng tốc độ đến điểm làm việc ổn định tại điểm A 19