Xem mẫu
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU CHỈNH
TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Trong thực tế sản xuất, gia công chế tạo cũng như để tạo ra sản phẩm cho
mọi ngành, mọi nghề. Như ta đã biết để tạo ra mỗi sản phẩm, mỗi chi tiết đều
phải qua rất nhiều nguyên công mà trong mỗi một nguyên công lại có những tốc
độ phù hợp để tạo ra năng suất, chất lượng của sản phẩm. Chính vì vậy mà việc
đo và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện là một việc rất cần thiết nhất trong
phương thức sản xuất theo dây chuyền.
Việc đo và xử lý tốc độ cùng với việc điều khiển động cơ điện nó là hệ
điều chỉnh truyền động điện.
Tín hiệu chuẩn
XLTH BĐ M
ĐK ĐL
Cấu trúc chung của một hệ thống đo lường và điều chỉnh tốc độ của động cơ
điện.
M là động cơ truyền động quay máy sản xuất.
Msx là máy sản xuất.
BĐ là thiết bị biến đổi năng lượng cấp cho động cơ.
ĐK là hệ thống điều khiển.
ĐTĐ là tín hiệu đặt.
ĐL là hệ thống đo lường về tốc độ của động cơ và máy sản xuất.
Hệ thống đo tốc độ và điều khiển động cơ điện tách làm hai phần.
- Đo tốc độ.
- Điều khiển động cơ.
- Ta lần lượt nghiên cứu và xét từng phần.
PHẦN THỨ NHẤT: ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ VIỆC ĐO TỐC ĐỘ
Tốc độ của động cơ có thứ nguyên là số vòng/1 phút nó là một đại lượng
vật lý không mang đặc trưng của đại lượng điện vậy để do được tốc độ quay của
mọi động cơ nói chung cũng như động cơ điện nói riêng người ta phải biến đổi
nó ra một đại lượng khác để phù hợp và tiện lợi đồng thời đáp ứng được cáp
chính xác theo yêu cầu của công việc.
Trong quá khứ việc ứng dụng của cơ học và quang học đã giúp ích cho kỹ
thuật đo lường. Hiện tại và tương lai với tốc độ phát triển ngày một hoàn thiện
hơn của ngành điện kể cả về lý thuyết và những công nghệ cao trong kỹ thuật
điện tử thì điện tử đã góp rất nhiều trong sự phát triển cho thiết bị đo lường. Các
đại lượng điện và không điện được cảm biến đo lường chuyển đổi sang tín hiệu
điện. Các tín hiệu này được các mạch điện tử chế biến cho phù hợp với mạch đo,
mạch thu thập dữ liệu đo lường.
Những ưu điểm của mạch điện tử
- Độ nhạy thích hợp.
- Tiêu thụ năng lượng thấp.
- Tốc độ đáp ứng nhanh.
- Dễ tương thích truyền đi xa.
- Độ tin cậy cao.
- Độ linh hoạt cao dễ thích nghi với các vấn đề đo lường.
Trước khi xét về hệ thống đo lường điện tử ta đề cập đến một tốc độ kế
đơn giản.
- 1. Mô tả dụng cụ đo tốc độ 3
1 2
4
5
Hình 2.3: Cấu tạo của tốc độ kế cầm tay
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của một thiết bị đo tốc độ vòng quay loại đơn giản.
1 là nam châm vĩnh cửu có thể quay trơn tự do và được nối với trục của
động cơ cần kiểm tra qua một trục dẫn mềm hoặc một đầu tỳ kiểu con tu.
2 là đĩa nhôm.
3 là kim chỉ thị.
4 là lò xo cản.
5 là trục được gá trên bệ ổ đỡ có thể quay trơn trượt các phần tử 2, 3, 4, 5
được gắn chặt với nhau.
2. Nguyên lý làm việc của thiết bị
Khi nam châm vĩnh cửu (1) quay làm cho từ trường mà nó tạo ra cũng quay
theo và quét lên đĩa nhôm (2) như vậy đĩa nhôm 2 khi đó có một từ trường biển
đổi. Tốc độ quay của từ trường chính là tốc độ mà nam châm (1) quay hay chính là
tốc độ quay của đại lượng cần kiểm tra. Trên đĩa nhôm (2 ) xuât hiện dòng cảm ứng
dòng điện này tác dụng với từ trường của nam châm (1) và tạo ra một mômen điện
từ. Mômen này làm cho đĩa nhôm (2) quay theo chiều quay của nam châm (1). Độ
lớn mômen này hoàn toàn tỷ lệ với tốc độ quay của nam châm (1).
Khi đĩa nhôm quay làm trục (5) quay theo
Khi trục (5) quay làm kim chỉ thị cũng quay theo. Trên khắc độ của chỉ
báo được chia theo sao cho phù hợp với giá trị tốc độ của động cơ.
Khi trục (5) quay đồng thời nó cũng làm cho lò xo (4) cũng quay theo nên
nó đã tạo ra một mômen cản: Độ lớn của mômen cản này tỷ lệ với góc xoay của
- trục (5) còn chiều thì mômen cản này có chiều ngược với chiều của mômen điện
từ do đĩa nhôm (2) tạo ra.
Vậy đĩa nhôm sẽ dừng tại vị trí mà Mđtừ = Mcản
Nhận xét
- Ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, chủ yếu là cơ khí.
+ Không tiêu hao năng lượng.
+ Kết cấu chắc chắn, độ tin cậy cao.
- Nhược điểm:
+ Cấp chính xác thấp.
+ Không lấy ra được tín hiệu để khống chế và điều khiển.
Phạm vị ứng dụng:
- Vì thiết bị không tiêu hao năng lượng lên nó rất tiện lợi dùng để kiểm tra
những tốc độ của những thiết bị như: ôtô, xe máy để báo tốc độ xe chạy hoặc
báo tốc độ quay của máy.
- Mặt khác người ta có thể chế tạo một cách hợp lý về kết cấu để làm tốc
độ kế để kiểm tra tốc độ quay của những thiết bị đơn lẻ.
3. Hệ thống đo lường
3.1. Hệ thống đo lường dạng tương tự
Đại
lượng đo Cảm Giao Khuyếch Mạch
và điều biến tiếp đại lọc
khiển
Thiết bị điều Mạch so Tín hiệu
khiển sánh đặt
Hiển thị
Sử dụng
kết quả
Thiết bị
đọc
Hình 1: Hệ thống đo lường điều khiển
- Tín hiệu đo được tạo ra từ bộ cảm biến đo lường do đại lượng đo tác động
vào. Sau khi qua mạch chế biến tín hiệu thì tín hiệu này đi vào bộ hiển thị kết
quả, tại đây kết quả có thể được thông báo trên màn ảnh, được lưu trữ trong thiết
bị ghi hoặc qua thiết bị được đọc rồi đưa đến khâu xử lý và sử dụng kết quả.
Ngoài ra hệ thống đo lường còn liên kết với hệ thống điều khiển tự động bằng
cách lấy tín hiệu từ đầu ra của bộ chế biến qua mạch so sánh với tín hiệu đặt (tín
hiệu chuẩn) để điều khiển đối tượng đang được đo.
Ví dụ: trong hệ đo và điều khiển tốc độ động cơ đây được gọi là khâu hồi
tiếp theo tốc độ để quy trì tốc độ của động cơ so với tốc độ đặt.
3.2. Hệ thống đo lường dạng số
Đại lượng đo quan sát Hiển
thị số
Cảm Chế biến S/H ADC DAC
biến tín hiệu
Tín hiệu vật lý Bộ điều khiển Máy
logic ghi (in)
Thiết bị μF Chương
điều khiển trình
Hệ thống 2.1:lường điện tửlườngsố kếttử dạng sốthiết hợpvi xửμP tham gia
Hình đo Hệ thống đo dãy điện hợp với kết bị với lý
vào hệ thống đo lường nhằm mục đích xử lý nhanh tín hiệu đo. khả năng chống
nhiễu tốt hơn so với tín hiệu đo ở dạng tương tự khi truyền đi xa. Cách ly tốt hơn
và dễ thực hiện (phối ghép bằng tín hiệu quang Opso – Coupler). Đây cũng là
hình thức thường sử dụng hiện nay.
Với sự phát triển của máy tính cá nhân (PC), hệ thống đo lường dùng kỹ
thuật số, dùng PC thực hiện tự động hoá hệ thống đo lường ở mức cao hơn và
thuận lợi hơn khi sử dụng. Điều đó cho chúng ta thấy được xu thế máy tính hoá
thiết bị đo lường.
- Trong hệ thống đo lường dùng kỹ thuật số, tín hiệu dạng tương tự được
chuyển đổi sang tín hiệu số bằng các mạch chuyển đổi ADC để cho bộ vi xử lý
MP hoạt động, sau đó để có tín hiệu dạng tương tự thì ta lại khôi phục lại qua
mạch DAC.
Ngoài ra hệ thống đo lường dạng số còn có ưu điểm là sự hoạt động thông
minh nhờ vào chương trình (phần mềm software) cài đặt vào máy tính để xử lý
tín hiệu đo lường và điều khiển hệ thống tự động hoá cho cả dây chuyền sản
xuất.
III. PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI TRONG HỆ THỐNG
3. Cảm biến đo tốc độ
Việc đo tốc độ quay nói chung và tốc độ quay của động cơ điện nói riêng
ngoài việc xác định của giá trị của tốc độ tại những thời điểm cần khảo sát nó
còn mang một ý nghĩa là đại lượng điều chỉnh chính trong hệ thống điều chỉnh
tự động trong truyền động điện. Vì vậy thiết bị đo tốc độ có vai trò quan trọng
quyết định đến chất lượng động và tĩnh của truyền động.
Trong kỹ nghệ các cảm biến dùng để đo tốc độ quay dựa trên định luật
Faraday e = -dφ/dt tạo ra những cảm biến theo nguyên lý của máy phát và được
gọi là máy phát đo tốc độ và cũng có hai loại là một chiều và xoay chiều. Ngoài
ra còn có các bộ cảm biến đo tốc độ xung và số.
3.3.1. Cảm biến đo tốc độ quay loại điện từ
a. Tốc độ kế điện từ loại DC
Stato
Chổi than
Roto
Cổ góp N S
Hình 1.1: Cấu tạo tốc độ kế điện từ loại DC
- Yêu cầu đối với máy phát tốc độ một chiều là điện áp một chiều có chứa ít
thành phần điện áp xoay chiều tần số cao và phải đảm bảo tỷ lệ với tốc độ quay
của động cơ, không được trễ về nhiều giá trị cũng như về dấu so với biến đổi
của đại lượng đo. Ngoài ra phải đáp ứng yêu cầu là điện áp phát ra không phụ
thuộc vào tải và biến đổi nhiệt độ. Để đáp ứng yêu cầu trên thì về mặt cấu tạo
phải làm sao để máy phát một chiều phải có từ thông không đổi trong toàn vùng
điều chỉnh tốc độ (từ giới hạn min – max). Vì vậy, phải hạn chế tổn thất mạch từ
bắng việc sử dụng vật liệu từ có từ trễ hẹp và sử dụng các lá thép kỹ thuật điện
mỏng để hạn chế dòng điện xoay chiều.
Về cấu tạo được chia làm hai phần chính
Phần cảm (phần đứng yên) gọi là stato được cấu tạo bởi vật liệu sắt từ như
đã nói trên và nó mang 2p cực được hình thành do sự quấn dây hoặ nam châm
vĩnh cửu.
Phần quay (phần ứng) hay còn gọi là roto cũng được cấu tạo từ các lá thép
kỹ thuật điện ghép lại. Phần ứng được tạo các rãnh song song với nhau và song
song với trục của roto trong rãnh có đặt các thanh dẫn, số thanh dẫn n = 2k, các
đầu dây ra được nối với các phiến góp tương ứng. Tập hợp các phiến góp gọi là
cổ góp và trên đó có bố trí một cắp chổi than với lực từ thích hợp để lấy điện ra.
Sức điện động thu được có dạng Z = (ω/2π)/.n.φo
Một cách tổng quát
ω p
E= .n.φ o
2π a
Trong đó
p là số đôi cực ở phần cảm
ω là vân tốc góc.
a là số mạch nhánh song song.
n là số thanh dẫn.
b. Cảm biến điện từ loại AC
Loại này không có cổ góp, không có chổi than. Điều này tạo ra có độ bền
cao hơn, không bị giảm điện áp do chổi than gây ra, không phát sinh tia lửa ở cổ
- góp nên ít ảnh hưởng nhiều. Nhưng ngược lại loại này phức tạp hơn, sự xác định
độ lớn tín hiệu thường phải chỉnh lưu tín hiệu thu được đồng thời nó không có
khả năng xác định được chiều quay nên khi sử dụng vào hệ thống điều khiển
phải cấp thêm mạch xác định chiều quay.
Đối với máy phát một pha dùng hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc 900
còn đối với máy ba pha dùng mạch xác định thứ tự pha để xác định chiều quay.
Cảm biến điện từ loại AC thực chất là máy phát điện loại nhỏ phần quay
được nối với trục của động cơ mà ta cần kiểm tra tốc độ. Phần quaylà một nam
châm vĩnh cửu có một hoặc nhiều cặp cực. Phần cảm được quấn dây có thể là
một pha, ba pha hoặc nhiều hơn. Sức điện động thu được ở phần cảm có dạng
e = EsinΩt
Với E = K1ω; Ω = K2ω
K1, K2 phụ thuộc vào cấu tạo của máy.
3.3.2. Cảm biến đo tốc độ loại xung số
Chi tiết thử nghiệm thường là đĩa gắn lên trục quay mà cần xác định tốc
độ. Đĩa thường được cấu tạo có dạng tuần hoàn, trên đĩa thường được chia làm P
phần bằng nhau, mỗi phần được đanh dấu mang một đặc tính như lỗ, răng,…
Một cảm biến phân tích được đặt đối diện vời chi tiết thử nghiệm, phân
tích (đếm) số phần tử đi đánh dấu đi ngang qua đồng thời tạo ra một tín hiệu
xung tương ứng. Tần số f của tín hiệu xung tạo ra bởi cảm biến có giá trị:
f = p.N (Hz)
Trong đó:
N là số vòng quay của chi tiết thử nghiệm trong đơn vị thời gian.
p là số phần tử được đánh dấu trên đĩa.
Việc chọn cảm biến được gắn liền với loại vật liệu làm đĩa quay cũng như
phần tử đánh dấu trên đĩa. Người ta sử dụng tuỳ theo trường hợp, hoặc một
trong những cảm biến do giới hạn hai đầu hoặc một cảm biến quang.
Ưu điểm của tốc độ loại xung là cấu tạo đơn giản, chắc chắn nên bảo quản
dễ dàng mặt khác nó không tạo nên tiếng ồn không có nhiều ký sinh đồng thời
- việc biến đổi sang tín hiệu số đơn giản. Dựa theo nguyên tắc trên người ta tạo ra
các cảm biến sau:
a. Cảm biến từ trở thay đổi
Nam châm
Cấu tạo hình vẽ
Cuộn dây
Nguyên tắc hoạt động:
Cuộn dây phân tích có lõi sắt Khe hở không khí
từ cho phép một từ thông đi qua
nó. Nam châm tạo ra từ thông và
Hình 2.1: Nguyên tắc của tốc
khép mạch qua lõi sắt của cuộn
độ kế loại từ trở thay đổi
dây. Cuộn dây được đặt đối diện
với đĩa cũng cấu tạo bởi vật liệu sắt từ (hình vẽ) sự dịch chuyển của đĩa sẽ tạo ra
sự gián đoạn của mạch từ (do cấu tạo của đĩa) khi đó từ trở của lõi cuộn dây thay
đổi khi đó cuộn dây sẽ có sức điện động cảm ứng mà tần số tỷ lệ với vận tốc
quay của đĩa.
Độ lớn của sức điện động cũng phụ thuộc vào tốc độ và khoảng cách khe
hở mà mạch từ tạo nên. Nó giảm với nhau khi khoảng cách tăng lên ngoài ra nó
còn phụ thuộc với tốc độ quay đối với tốc độ bé sức điện động rất nhỏ và trong
phạm vi này người ta gọi là vùng chết không thể đo được.
b. Cảm biến tốc độ
Thấu
loại quang học Nguồn kính Bộ phân tích
Cấu tạo (hình vẽ) sáng
quang
Gồm một nguồn sáng
và một bộ phân phân sinh
quang có thể là diot quang
hoặc Tranzitor quang.
Đĩa quay được đặt Hình 2.2: Nguyên tắc cấu tạo
giữa hai phần tử trên. Cấu chuyển đổi quang học
tạo của đĩa có thể làm bằng vật liệu trong suốt và có những mảng chắn ánh sáng
gắn đều nhau hoặc ngược lại đĩa có thể làm bằng vật liệu không cho ánh sáng
- chiếu qua trên chu vi của đĩa người ta tạo ra những (lỗ, khe) có khoảng cách đều
nhau theo chu vi.
Bộ phận phân tích nhận được lượng ánh sáng được điều khiển bởi đĩa
quay, sẽ tạo ra một tín hiệu điện có tần số tỷ lệ với tốc độ quay còn biên độ độc
lập với vận tốc. Khoảng đo vận tốc phụ thuộc.
Một mặt số lần gián đoạn trên đĩa (số phần tử đánh dấu).
Một mặt do băng thông của bộ phân tích và mạch điện đi kèm.
- PHẦN II
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
A. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Động cơ điện được sử dụng rất rộng rãi do có nhiều ưu điểm so với các
loại động cơ khác. Hiệu suất cao, tác động nhanh, dễ dàng điều khiển và tự động
hoá, làm việc tin cậy, hệ thống cung cấp năng lượng tiện lợi và kinh tế. Chính vì
vậy mà hầu hết các máy sản xuất đều được truyền động bằng động cơ điện.
Các phần tử cơ bản của một số hệ thống truyền động điện bao gồm.
1. Động cơ điện: Chức năng biến đổi điện năng thành cơ năng quay các máy sản
xuất.
2. Máy sản xuất: Là thiết bị cơ khí thực hiện chức năng theo công nghệ sản
xuất.
3. Bộ biến đổi: Dùng để biến đổi nguồn điện lưới thành nguồn điện phù hợp với
động cơ.
4. Hệ thống điều khiển và bảo vệ nhằm thực hiện các chức năng:
Mở máy và hãm máy thực hiện chức năng hạn chế dòng điện và mômen
của động cơ trong giới hạn cho phép với thời gian ngắn nhất.
Điều chỉnh tốc độ của động cơ theo yêu cầu của công nghệ đòi hỏi.
Bảo vệ động cơ khi quá tải và ngắn mạch.
Lưới điện Bộ biến đổi Động cơ điện Máy sản xuất
Hệ thống điều
khiển và bảo vệ
Hình 1: Sơ đồ khối một hệ thống truyền đồng điện
Trong hệ truyền động điện cho trong hình trên ta đi xem xét và tìm hiểu
các phương pháp điều khiển tốc độ cho động cơ điện.
- Nguyên lý làm việc của tất cả các máy điện quay đều dựa vào hai định
luật điện tử cơ bản đó là
r r r
Định luật cảm ứng điện từ: Định luật Faraday e = B ^ l .u
r r r
Định luật về lực điện từ: Định luật Laplace f = i l ^. B
Đó là định luật cơ bản của động cơ biến đổi cơ năng thành điện năng.
Tuỳ theo cách tạo ra từ trường, kết cấu của mạch từ và dùng dây quấn mà
ta có bốn loại động cơ sau:
1. Động cơ không đồng bộ
2. Động cơ đồng bộ.
3. Động cơ một chiều.
4. Động cơ xoay chiều có vành góp.
B. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
I. NHỮNG CHỈ TIÊU CỦA HỆ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng phương pháp thuần tuý điện
tác động lên bản thân hệ truyền động điện (nguồn và động cơ điện) để thay đổi
tốc độ quay của động cơ điện.
Để đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ
vào một số chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật cơ bản các chỉ tiêu này cũng được tính đến
khi thiết kế hoặc chỉ định các hệ thống truyền động điện.
Đó là các chỉ tiêu:
1.Sai số tốc độ.
2. Độ trơn của điều chỉnh tốc độ.
3. Đai điều chỉnh tốc độ
4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải.
5. Chỉ tiêu kinh tế.
6. Các chỉ tiêu khác.
7. Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh.
- 1.1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ đối với động cơ điện một chiều
1.1.1. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
Eu U I − R−
n= =
Ce .φ Ce .φ
U R− .M
và M = CM.φ.Iư ⇒ n=
Ce .φ CM .Ce .φ 2
Phương trình biểu diễn sự quan hệ giữa tốc độ động cơ với mômen quay
của động cơ gọi là phương trình đặc tính cơ của động cơ n = f(M).
Từ phương trình trên ta thấy đối với động cơ điện một chiều việc thực
hiện thay đổi tốc độ của động cơ có thể thực hiện được bằng cách thay đổi các
đại lượng φ, U, Rư.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi φ được áp dụng tương
đối phổ biến, vì nó có thể thay đổi liên tục và kinh tế trong quá trình điều chỉnh
hiệu suất η = coxtg vì sự điều chỉnh thực hiện tác động lên mạch kích từ có công
suất rất nhỏ so với công suất của động cơ. Song về dải điều chỉnh của nó tương
đối hẹp bởi vì tốc dộ điều chỉnh chỉ có thể lớn hơn tốc độ định mức vì không
được phép tăng φ > φđm mắt khác bị hạn chế bởi điều kiện cơ khí và khả năng
đảo chiều.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào
mạch phần ứng để làm tăng Rư. Phương pháp này chỉ có thể điều chỉnh được tốc
độ < tốc độ định mức và kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ dẫn đến
làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng ở
động cơ điện có công suất nhỏ vì trên thực tế thường dùng cho các động cơ trên
máy trực hoặc trên các máy vận tải.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện áp đựt vào
phần ứng chúng chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay dươiú tốc độ định mức của
động cơ điện nhưng phương pháp này không gây hao tổn trong động cơ điện
nhưng đòi hỏi nó phải có nguồn riêng nên nguồn đó có thể thay đổi được điện
áp.
- Trên đây là các phương pháp để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ quay
của động cơ điện. Trên thực tế mọi động cơ điện một chiều có chung một
nguyên lý cấu tạo nhưng dùng theo cách đấu nối khác nhau mà ta có những loại
động cơ có kích từ khác nhau và mỗi loại lại mang những néta riêng khác nhau.
Ta sẽ xét từng trường hợp cụ thể.
2.1. Động cơ điện một chiều kích thích song song hoặc kích thích độc lập
Với điều kiện U= constg It = constg
Khi M và Iư thay đổi từ thông φ của động cơ cũng hầu như không thay
đổi (bỏ qua phản ứng phần ứng) khi đó phương trình đặc tính cơ của động cơ có
dạng
R− .M
η = ηo (1)
K
Nhìn vào phương trình đặc tính cơ ta thấy đường đặc tính cơ của động cơ
một chiều kích thích song song hoặc độc lập là một đường thẳng với độ dốc phụ
thuộc vào giá trị của Rư
a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông φ
n
n0-2
Iư n0-1 φ2 < φ1
Ib Rđch φ1 < φđm
n0
φđm
U = etc
M
Nếu tăng điện trở Rđc trên mạch kích từ với những giá trị khác nhau của
Rđc ta có Ib thay đổi.
Kết quả ta có họ đặc tính như trên hình vẽ
U
Các đường đó có no > no đm vì no =
K e .φ
độ dốc càng lớn hơn độ dốc kho φ = φđm
- Khi đó trên đồ thị ta có đường đặc tính cơ tự nhiên đường số 1 trong đó no
là tốc độ không tải
U n
no =
Ce .φ
no
(1)
nđm
(1 - 2)
(1 - 3)
Mđm M (Iư)
Từ phương trình đặc tính cơ
U R− R−
n= .M = no M
Ce .φ CM .Ce .φ 2 K
Ta thấy: để thay tốc độ của động cơ ta có thể thực hiện bằng các phương
pháp sau.
a. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng để tăng Rư. Phương pháp này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ quay trong
vùng dưới tốc độ định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở
phụ làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng
ở động cơ điện có công suất nhỏ thực tế thường dùng ở động cơ điện trong các
máy trục. Khi đó ta có họ đặc tính nằm phía dươid đường (1) đó là (1-2), (1-3).
Nếu ghép thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Khi đó ta có phương
trình đặc tính cơ như sau:
n = no
(R− + Rf )
.M
U
b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng
Nếu ta nói thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì biểu thức (1) trở
thành
- n = no
(R− )
+ R f .M
(2)
Q
Biểu thức (2) biểu thị đặc tính cơ của động cơ khi
U = Ctc n
tc
Ib = C
no
Rf = 0
Từ đó ta thấy: Rf1
Khi Rf = 0 là đường đặc tính cơ
Rf2
tự nhiên.
Khi Rf càng lớn dẫn đến độ dốc M
Mđm Rf3
lớn nhưng no không thay đổi.
Trên hình vẽ biểu diễn các đường đặc tính khi không điều chỉnh Rf = 0.
Khi Rf1 < Rf2< Rf3
c. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp
n
no
n01 Uđm
n02 Uđc1
Bộ biến Ikt = etc n03 Uđc2
đổi điện áp
Uđc3
Mđm M
Phương pháp này chỉ áp dụng được đối với động cơ điện kích thích độc
lập hoặc động cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập.
Việc cung cấp điện áp có thể điều chỉnh được cho động cơ từ một nguồn độc lập
được thực hiện trong kỹ thuật bằng cách sử dụng các bộ biến đổi để tạo ra nguồn
độc lập có thể là máy phát – động cơ hoặc khuyếch đại từ – động cơ hoặc các bộ
biến đổi điện tử …
- Điều khiển bằng phương pháp này không làm thay đổi độ cứng của
đường đặc tính cơ nhưng nó cũng không cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc
độ định mức. Vì Uđm ≥ Uđc mà thôi.
Uđm > Uđc1 > Uđc2 > Uđc3
2.1.2. Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp
Iư
It
KT
Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp dùng kích từ chính là dòng
phần ứng It = Iư = I.
Trong trường hợp không xét đến ảnh hưởng do bão hoà của mạch từ cũng
u u2
như bỏ qua điện trở phần ứng Rư ta thấy n ≡ → M = 2 . Như vậy khi
m n
đó đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp có dạng
đường Hypecbol.
Tốc độ của động cơ tăng rất nhanh khi M giảm và đạt tới giá trị rất lớn khi
Mc = 0.
a. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông φ
Để điều chỉnh dòng kích từ đối với động cơ có kích từ nối tiếp.
U U U U
(a) (b) (c) (d)
- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi từ thông
φ đối với động cơ kích từ nối tiếp.
a. Mắc sau dây quấn kích thích.
b.Thay đổi dây quấn kích thích .
c.Mắc sau phần ứng động cơ.
d. Thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
b. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng
(Hình vẽ d) phương pháp này chỉ điều chỉnh được tốc độ nhỏ hơn tốc độ
định mức và kèm theo là tổn hao lớn trên điện trở phụ nên làm giảm hiệu suất
của động cơ nên phương pháp này ít được dùng.
c. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp
Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong phạm vi dưới tốc
độ định mức vì không cho phép tăng điện áp quá định mức nhưng lại giữ được
hiệu suất cao do không có điện trở phụ tham gia điều chỉnh phương pháp này có
thể thực hiện bằng cách phối hợp nối song song hoặc nối tiếp hai động cơ có
cùng các thông số kỹ thuật hoặc dùng đến bộ băm điện áp một chiều để tạo ra
giá trị điện áp trong bình dặt vào động cơ thay đổi.
1.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ đối với động cơ kích thích hỗn hợp
Động cơ điện một chiều kích từ ngoài
việc sử dụng nối tiếp, song song hay độc lập KTnt
U
người ta còn chế tạo loại gồm hai thành phần
kích từ vừa song song hoặc độc lập vừa nối tiếp
KTss
(hình vẽ).
Trong trường hợp này cuộn kích từ nối tiếp hầu hết được sử dụng đóng
vai trò bù mục đích là để tăng độ cứng của đặc tính cơ còn trong quá trình làm
việc trong chế độ từ không tải hoặc tải nhỏ hầu như không tham gia. Vậy
phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ kích từ loại này cũng giống như đối
với động cơ kích từ song song hoặc kích từ độc lập nhưng đặc tính cơ cứng hơn
đồng thời nó không phải là đường thẳng như độc lập hoặc song song.
- n
Đường (1) ứng với kích thích hỗn hợp (2)
bù (3)
Đường (2) ứng với hỗn hợp ngược
(1)
Đường (3) ứng với kích thích song
M
2.2.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ là:
60 f
n = n1(1 S ) = (1 S ) (vßng/phót )
p
Trong đó:
60 f
n1 = là tốc độ từ trường quay.
p
P là số cặp cực của dây quấn stato.
n n
S là hệ số trượt S = 1
n1
Nhìn vào biểu thức trên ta thấy:
Với động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc có thể điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cách thực hiện sự thay đổi.
- Tần số dòng điện stato.
- Thay đổi số đôi cực p của từng stato.
- Thay đổi điện áp cấp vào stato để thay đổi hệ số trượt.
Nói chung tất cả các phương pháp trên đều thực hiện trên stato.
Đối với roto dây quấn thường điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện
trở roto để thay đổi hệ số trượt S việc thực hiện ở phía roto.
1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số
Việc thay đổi tần số f của dòng điện stato được thực hiện bằng độ biến đổi
tần số.
Như ta đã biết từ thông φmax tỷ lệ thuận với tỷ số U1/f nên khi thay đổi tần
số người ta muốn giữ cho φmax không thay đổi để mạch từ máy ở tình trạng định
mức. Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp.
Việc giữ cho tỷ số U1/f = Ctc sẽ thực hiện khi f < fđm .
- Khi f > fđm ta giữ cho U = Uđm để đảm bảo cho dây quấn. Khi đó φmax
giảm và Mmax giảm nhiều.
n
f > fđm
fđm
f < fđm
M
2.2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực
Số đôi cực của từ trường quay phụ thuộc vào cấu tạo của dây quấn stato
việc thực hiện phương pháp này người ta có thể.
- Đổi nối cách đấu bộ dây trong stato từ Y – YY sao/saokép hoặc từ
Δ/YY biến số cặp cực P thì P = 1 → P = 2 hoặc từ P = 2 → P = 4.
- Quấn nhiều bộ dây có số cặp cực khác nhau trong stato và mỗi bộ
dây có thể làm việc độc lập với nhau theo phương pháp này số cấp tốc độ không
theo quan hệ 1:2 mà là 1 → 2 → 3.
P có thể bằng 1 hoặc P = 2 hoặc P = 3 …
Nói chung phương pháp này việc điều chỉnh nhảy cấp nhưng có ưu điểm
là độ cứng của đường đặc tính được giữ nguyên.
n
p=1
p=2
M
nguon tai.lieu . vn
