Đồ án Tìm hiểu tính chất và yêu cầu của các loại động cơ điện sử dụng trong truyền động điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

TÌM HIỂU TÍNH CHẤT VÀ YÊU CẦU CỦA CÁC LOẠI

ĐỘNG CƠ ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

HẢI PHÒNG - 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG

TÌM HIỂU TÍNH CHẤT VÀ YÊU CẦU CỦA CÁC LOẠI

ĐỘNG CƠ ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên

Phạm Đăng Quang

Giảng viên hướng dẫn :Th.S Nguyễn Đoàn Phong

HẢI PHÒNG - 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG

--------------------------------------

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên: Phạm Đăng Quang - Mã SV: 1512102049

Lớp: DC1901 - Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp

Tên đề tài: Tìm hiểu tính chất và yêu cầu của các loại động cơ điện sử

dụng trong truyền động điện

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp

( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).

……………………………………………………………………………..

2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán.

……………………………………………………………………………..

3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.

……………………………………………………………………………..

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Người hướng dẫn thứ nhất:

Họ và tên

: Th.S Nguyễn Đoàn Phong

Học hàm, học vị

: Thạc Sĩ

Cơ quan công tác : Trường Đại Học Quản Lý và Công Nghệ Hải Phòng

Nội dung hướng dẫn : Toàn bộ đề tài

Người hướng dẫn thứ hai:

Họ và tên:.............................................................................................

Học hàm, học vị:...................................................................................

Cơ quan công tác:.................................................................................

Nội dung hướng dẫn:............................................................................

Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng năm

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm

Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN

Đã giao nhiệm vụ ĐTTN

Người hướng dẫn

Sinh viên

Phạm Đăng Quang

Th.S Nguyễn Đoàn Phong

Hải Phòng, ngày ...... tháng........năm 2019

Hiệu trưởng

GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP

Họ và tên giảng viên:

Đơn vị công tác:

..............................................................................................

........................................................................ .....................

...................................... Chuyên ngành: ..............................

......................................................................... .......... ..........

Họ và tên sinh viên:

Đề tài tốt nghiệp:

Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp

...........................................................................................................................................

1. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra

trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…)

....................................................................................................................................

2. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp

Được bảo vệ

Không được bảo vệ

Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN

Họ và tên giảng viên: ...............................................................................................

Đơn vị công tác: .......................................................................................................

Họ và tên sinh viên: ...................................... Chuyên ngành: .................................

Đề tài tốt nghiệp: ......................................................................................................

1. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện

..........................................................................................................................................

2. Những mặt còn hạn chế

...........................................................................................................................................

..........................................................................................................................................

3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện

Được bảo vệ

Không được bảo vệ

Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......

Giảng viên chấm phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦ U .......................................................................................................2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU .. 3

1.1. T ổng quan về động cơ điện một chiều ........................................................... 3

1.1.1. Cấu tạo, phân loai đông cơ điện một chiề u ................................................. 3

1.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ..................................................... 6

1.2. C ác phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều ........................ 9

1.2.1. Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng .................................................. 10



1.2.2. Phương pháp thay đổi từ thông ............................................................ 11

1.2.3. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứn g ................................................... 12

1.3. Giới thiệu một số hệ truyền động điện một chiều ........................................ 15

1.3.1. Hệ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều (F - Đ )..................... 15

Chương 2 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ................................................. 22

2.1.Lý luận chung về máy điện không đồng b ộ .................................................. 22

2.1.1.Kết cấu ........................................................................................................ 22

2.1.2. Nguyên lý làm việc .................................................................................... 24

2.1.3. Các trị số định mức ................................................................................... 24

2.1.4 . Sức điện động trong dây quấn máy điện không đồng bộ .......................... 25

2.2. Khởi động động cơ không đồng bộ .............................................................. 27

2.2 .1 Khởi động trực tiếp .................................................................................... 27

2.2.2 Kh ởi động dùng phương pháp giảm dòng khởi động. ............................... 27

2.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. ................................................. 31

2.3.1. Mở đầu ...................................................................................................... 31

2.3 .2 Thay đổi tần số nguồn điện cung cấp f₁..................................................... 32

2.3 .3 Thay đổi số đôi cự c .................................................................................... 33

2.3.4. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch rô to................................ 35

Chương 3 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ .................................................................... 37

3.1. Động cơ đồng b ộ .......................................................................................... 37

3.1.1 Tính chất động của động cơ đồng b ộ ......................................................... 37

3.1.2. Khởi động động cơ đồng bộ:..................................................................... 38

3.2 Một số ứng dụng động cơ đồng bộ ............................................................... 43

3.2.1 . Cấu tạo của động cơ PMSM. .................................................................... 43

3.2.2 . Nguyên lý hoạt động của động cơ PMS M ................................................ 43

3.2.3 . Mô hình máy PMSM ................................................................................. 44

3.2.4 Điều khiển tốc độ động cơ PMSM............................................................. 45

3.2.5 .Điều khiển véc tơ máy PMSM ................................................................... 46

3.2.6 .Bộ điểu khiển dải trễ. ................................................................................. 47

3.2.7 . Bộ điều chỉnh PWM .................................................................................. 48

KẾT LUẬ N ........................................................................................................ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 52

1

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của nền khoa học và kĩ thuật đã tạo

ra những thành tựu to lớn , trong đó ngành tự động hóa cũng góp phần không

nhỏ vào thành công đó. Một trong những vấn đề quan trọng trong các dây truyền

tự động hóa sản xuất hiện đại là việc điều chỉnh tốc độ động cơ.Từ trước đến

nay, động cơ một chiều vẫn luôn là loại động cơ được sử dụng rộng rãi kể cả

trong những hệ thống yêu cầu cao. Vì vậy em đã được giao đề tài là: “ Tìm hiểu

tính chất và yêu cầu của các loại động cơ điện sử dụng trong truyền động điện” .

Trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp em luôn nhận được sự hướng dẫn chỉ

bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu của thầy giáo TS NGUYỄN ĐOÀN

PHONG. Em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến hai thầy. Tuy nhiên, do thời gian

và giới hạn của đồ án cùng với phạm vi nghiên cứu tài liệu với kinh nghiệm và

kiến thức còn hạn chế lên bản đồ án này không tránh khỏi nhiều thiếu sót rất

mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.

Nội dung của đề tài được chia làm ba chương

+ Chương 1: Tổng quan về hệ truyền động điện một chiều

+ Chương 2: Động cơ không đồng bộ

+Chương 3: Động cơ đồng bộ

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều

1.1.1. Cấu tạo, phân loai đông cơ điện một chiều

a. Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và

phần động.

- Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra

từ trường nó gồm có:

+) Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích

từ bằng nam châm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc).

Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ,

các cuộn dây điện từ nay được mắc nối tiếp với nhau.

+) Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây

quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ

thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ

điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các

bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn

dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt

trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp

với nhau +) Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính. Lõi thép của

cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn

mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy

nhờ những bulông.

+) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm

vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại,

trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng

gang làm vỏ máy.

+) Các bộ phận khác:

Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây

quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp

3

máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường

làm bằng gang.

Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi

than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ

góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá

chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ, sau khi

điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.

- Phần quay hay rôto: Bao gồm những bộ phận chính sau.

+) Phần sinh ra sức điện động gồm có:

Mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau.

Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng.

Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật

nhất định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối

với các phiến đồng gọi là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với

nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp.

Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào

thành cổ góp nhờ lò xo.

+) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện

dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do

dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì

đặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập

những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió

dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những

đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi

máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào

trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto

có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.

+) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện

động và có dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng

có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài Kw thường dùng

4

dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ

nhật, dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để

đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit.

+) Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau

bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu

trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng

cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của

các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng.

b. Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

- Phân loại động cơ điện một chiều

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều

người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ta có 4 loại động

cơ điện một chiều thường sử dụng:

+) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được

cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ.

+) Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc

song song với phần ứng.

+) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối

tếp với phần ứng.

+) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ,

một cuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng.

- Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải...,

cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất

lớn, dễ vận hành... mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử

dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí

nhất định trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần

điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép,

máy công cụ lớn, đầu máy điện...). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để

chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều

5

kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn. Nhưng do những ưu

điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện

đại.

+) Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện

hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn

nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu

như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng

được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần....) rất đắt tiền

thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà

cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng

cao.

+) Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp -

chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung

chấn, dễ cháy nổ.

1.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

a. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện. Các

thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay,

chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.

Do có phiếu góp chiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng

không thay đổi. Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện

động E_ưchiều của suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở

động cơ chiều sđđ E_ưngược chiều dòng điện I_ưnên E_ưđược gọi là sức phản điện

động. Khi đó ta có phương trình: U = E_ư+ R_ư.I_ư

b. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng

và mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập nhau. Lúc này động cơ được

gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập [2].

6

Hình 1.1: Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau:

U_ư- E_ư+ (R_ư+ R_f)I_ư

(1.1)

Trong đó:

U_ư: Điện áp phần ứng, V

E_ư: Sức điện động phần ứng, V



R_ư: Điện trở mạch phần ứng,

I_ư: Dòng điện của mạch phần ứng, A

Với: R_ư= r_ư+ r_Cf+ r_b+ r_Ct

r_ư: Điện trở cuộn dây phần ứng

r_cf: Điện trở cuộn dây cực từ phụ

r_ct: Điện trở tiếp xúc cuộn bù

Sức điện động E_ưcủa phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

P.N

(1.2)

E 

..  K..

2a

Trong đó:

P: Số đôi cực từ chính

N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng



: Từ thông kích từ dưới một cực từ

: Tốc độ góc (rad/s)



7

P.N

2a

K 

: hệ số cấu tạo của động cơ

Từ (1.1) và (1.2) ta có:

R_u R_f

K / 

U

 



.I

K.

(1.3)

Biểu thức trên là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ

Mặt khác, mô men điên từ M_đtcủa động cơ được xác định bởi



M_đt= K. .I_ư

(1.4)

M_đt

I 

K.

Với

thay giá trị I vào (1.3) ta có

R_u R_f

U

 



.M_dt

K. (K.)²

(1.5)

Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thât thép thì mômen cơ trên trục động cơ

bằng mô men điên từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là: Mt = M_cơ= M

R_u R_f

U_u

 



.M

K. (K.)²

(1.6)

Đây là phương tình đặc tính cơ của động cơ điên một chiều kích từ độc

lập.



Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông = const, thì các phương trình

đặc tính cơ điện (1.3) và phương trình đặc tính cơ (1.6) là tuyến tính. Đồ thị của

chúng được biểu diễn trên hình 1.2 là những đường thẳng.

U

 

_o

K.

Theo các đồ thị, khi I_ư= 0 hoặc M = 0 ta có:

=

_o

được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ điên một chiều kích từ độc

lập.

8

Hình 1.2: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều



Khi

= 0 ta có:

U

I 

 I_nm

(1.7)

R_u R_f

M = K. .I = M

(1.8)

I_nmvà M_nmđược gọi là dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch.

Ngoài ra phương trình đặc tính (1.3) và (1.6) cũng có thể được viết dưới dạng:



nm

U

R

 



.I  _o 

K. K.

(1.9)

U

R

 



.M  _o 

(1.10)

K. (K.)²

Trong đó:

R = R_ư+ R_f

U

₀

K.

R

 

.I 

K.

(K.)².M



được gọi là độ sút tốc độ ứng với giá trị của M. Từ phương trình đặc tính cơ

ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông động cơ ^điện áp phần

ứng U_ư, điện trở phần ứng động cơ.

1.2. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

- Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng



- Phương pháp thay đổi từ thông

9

- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

1.2.1. Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng

- Đây là phương pháp thường dùng để điều khiển tốc độ động cơ điện một

chiều +) Nguyên lý điều khiển: Trong phương pháp này người ta giữ U = U_đm,



 _đm

và nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần

=

ứng [3].

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

M

 R_u R_f

(k)²

 



(1.11)



+) Ta thấy khi điện trở càng lớn thì

càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và

do đó càng mềm hơn.

Hình 1.3: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ ứng

_TN

Với R_f= 0 ta có độ cứng tự nhiên

CÓ giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự

nhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ. Như vậy,

khi ta thay đổi R_fta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên.

- Đặc điểm của phương pháp:

+) Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ

càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn.

+) Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định

mức ( chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm).

+) Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên

điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động

cơ điện trong cần trục.

10

+) Đánh giá các chỉ tiêu: Phương pháp này không thể điều khiển liên tục được

mà phải điều khiển nhảy cấp. Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải, tải

_max/

càng nhỏ thì dải điều chỉnh D =

chỉnh trong dải D = 3 : 1

^mincàng nhỏ. Phương pháp này có thể điều

+) Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ

lớn, chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản.



1.2.2. Phương pháp thay đổi từ thông

- Nguyên lý điều khiển:

Giả thiết U= U_đm, R_ư= const. Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổi

dòng điện kích từ, thay đổi dòng điện trong mạch kích từ bằng cách nối nối tiếp

biến trở vào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ.

Bình thường khi động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối

đa

  

(

^max) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ



nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông tức là điều chỉnh tốc độ



trong vùng trên tốc độ định mức. Nên khi giảm

thì tốc độ không tải lý tưởng



R_u

U_dm

k

  

_o

tăng, còn độ cứng đặc tính cơ

giảm, ta thu được họ đặc tính

cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên[3].

Hình 1.4: Đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông

11

- Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thông thì dòng điện tăng và tăng

vượt quá mức giá trị cho phép nếu mômen không đổi. Vì vậy muốn giữ cho

dòng điện không vượt quá giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông thì

ta phải giảm Mt theo cùng tỉ lệ.

- Đặc điểm của phương pháp:

+) Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng.

+) Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức,

việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch.

+) Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều

khiển với công suất không đổi.

+) Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển: Sai số tốc độ lớn, đặc tính điều khiển nằm

trên và dốc hơn đặc tính tự nhiên. Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của

máy. Có thể điều khiển trơn trong dải điều chỉnh D = 3 : 1. Vì công suất của

cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏ nên ta có thể điều khiển liên tục với

 1

+) Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục

và kinh tế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ



(1 10) %I_đmcủa phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp).

Đây là phương pháp gần như là duy nhất đối với động cơ điện một chiều

khi cần điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển.

1.2.3. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

- Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như

máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển ... Các

thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một

chiều có sức điện động E_bđiều chỉnh nhờ tín hiệu điều khiển U_đk. Vì nguồn có

công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong R_b

và điện cảm L_bkhác không. Để đưa tốc động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn

rộng rãi 1:10 hoặc hơn nữa[3].

12

Hình 1.5: Sơ đồ dùng bộ biến đổi điều khiển điện áp phần ứng

Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như

sau:

- Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng

không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều

khiển U_đkcủa hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để.

Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị

chặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và

từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh

bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động. Khi mômen tải

là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có

mômen ngắn mạch là: Mnrnrnin - M_cmax= K_M.M_đm

Trong đó K_Mlà hệ số quá tải về mômen. Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng

song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ có thể viết:

13