thiết bị điện , chương 1

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ch−¬ng 7 hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng §7.1. c¸c nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn tù ®éng XuÊt ph¸t tõ yªu cÇu c«ng nghÖ: cÇn thay ®æi tèc ®é, thay ®æi hµnh tr×nh lµm viÖc cña c¬ cÊu s¶n xuÊt ... XuÊt ph¸t tõ chÕ ®é lµm viÖc cña HT §KT§: khëi ®éng, chuyÓn ®æi tèc ®é, h·m, ®¶o chiÒu, dõng m¸y ... XuÊt ph¸t tõ yªu cÇu kü thuËt, kinh tÕ: ®iÒu chØnh tèc ®é, æn ®Þnh, chÝnh x¸c cao, an toµn ... vµ kinh tÕ. Tõ ®ã cÇn cã nh÷ng nguyªn t¾c §KT§ ®Ó thùc hiÖn ®−îc c¸c yªu cÇu trªn, ®ång thêi tù ®éng h¹n chÕ c¸c ®¹i l−îng cÇn h¹n chÕ: dßng ®iÖn cho phÐp, m« men cho phÐp, tèc ®é cho phÐp, c«ng suÊt cho phÐp, ... 7.1.1. §iÒu khiÓn tù ®éng theo nguyªn t¾c thêi gian 7.1.1a. Néi dung Cã ®å thÞ khëi ®éng §M®l víi 2 cÊp ®iÖn trë phô: ω ω I XL TN I1 - Trªn h×nh 7-1, tr×nh bµy ®Æc tÝnh khëi ®éng: ω(I ), ω(t), I(t) cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp, cã 2 cÊp khëi ®éng (dïng ®iÖn trë phô h¹n chÕ dßng khëi ®éng). - Qua ®å thÞ khëi ®éng ë trªn, ta thÊy: viÖc ng¾n m¹ch c¸c cÊp ®iÖn trë phô cã thÓ x¶y ra sau nh÷ng kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh: + CÊp thø nhÊt ®−îc ng¾n m¹ch sau kho¶ng thêi gian t kÓ tõ khi b¾t ®Çu khëi ®éng. + CÊp thø 2 ®−îc ng¾n m¹ch sau kho¶ng thêi gian t kÓ tõ khi b¾t ®Çu ng¾n m¹ch cÊp 1... - C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ë c¸c thêi ®iÓm trªn ®−îc t¹o ra nhê c¸c r¬ le thêi gian. Thêi gian duy tr× cña c¸c r¬ le thêi gian hiÖn nay cã thÓ ®¹t: td.tr = 0,05s ÷ 2 h, vµ lín h¬n. - Thêi gian thùc hiÖn c¸c cÊp khëi ®éng (t ) ®−îc x¸c ®Þnh theo tÝnh to¸n qu¸ tr×nh qu¸ ®é cña hÖ thèng T§§ T§. Khi M(ω) [ hay I(ω) ] lµ tuyÕn tÝnh th× thêi gian qu¸ tr×nh qu¸ ®é gi÷a hai cÊp tèc ®é lµ: tôđ = T i ln Mđgi = J ln Mđgi đgi+1 đgi+1 (7-1) i+1 i đgi Mđgi −Mđgi+1 Mđgi+1 d 2 e ω(t) b c - Thêi gian chØnh ®Þnh cña r¬ le thêi gian ®Ó thùc hiÖn gia tèc tõ tèc ®é thø i ®Õn tèc ®é thø i+1 lµ: 1 I2 I(t) a c 0 Ic I2 I1 I− 0 t1 t2 t3 t H×nh 7 - 1: C¸c ®Æc tÝnh c¬ vµ qu¸ ®é khi khëi ®éng Trang 202 tc® = tq® - to (7-2) Trong ®ã: tq® - lµ thêi gian qu¸ ®é gi÷a 2 cÊp tèc ®é. t - lµ thêi gian t¸c ®éng cña c¸c thiÕt bÞ, khÝ cô trong m¹ch cã liªn quan ®Õn sù t¸c ®éng cña r¬ le thêi gian. Trang 203 Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng 7.1.1b. C¸c m¹ch ®iÓn h×nh: * Më m¸y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu 2 cÊp ®iÖn trë phô 1) S¬ ®å: 1G 4 2G +UL 1CD 1 K 3 § 2 6 K 8 R−f2 R−f1 L2 CKT 2RTh +UL L4 2CD 2CD - §ãng c¸c cÇu dao 1CD, 2CD, dÉn ®Õn cuén d©y r¬ le thêi gian 1RTh(11-10) cã ®iÖn, tiÕp ®iÓm 1RTh(13-15) më ra, ®¶m b¶o cho c¸c cuén d©y c«ng t¾c t¬ 1G(15-10), 2G(17-10) kh«ng cã ®iÖn, vµ nh− vËy c¸c ®iÖn trë phô R , R , sÏ ®Òu tham gia trong m¹ch phÇn øng. - Ên nót M th× cuén d©y K(9-10) cã ®iÖn, c¸c tiÕp ®iÓm K(1-3), K(6-8) ®ãng l¹i, dÉn ®Õn ®éng c¬ § ®−îc khëi ®éng víi toµn bé ®iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng: R Σ = R + R , theo ®Æc tÝnh 1. TiÕp ®iÓm K(7-9) ®ãng l¹i ®Ó duy tr× cho c«ng t¾c t¬ K khi th«i Ên M. C¸c tiÕp ®iÓm K(1-3), K(6-8) ®ãng l¹i, lµm cho cuén d©y 2RTh(4-6) cã ®iÖn, tiÕp ®iÓm 2RTh(15-17) më ra, ®¶m b¶o cho cuén d©y 2G(17-10) kh«ng cã ®iÖn. K(5-11) më, K(5-13) ®ãng, lµm 1RTh(11-10) mÊt ®iÖn, sau thêi gian chØnh ®Þnh cña 1RTh (≈ t ) th× 1RTh(13-15) ®ãng, lµm cho 1G(4-6) ®ãng, ng¾n m¹ch R , ®éng c¬ § khëi ®éng sang ®Æc tÝnh 2, t−¬ng øng víi R−f2 . 5 D 7 M 9 K 10 K K 11 1RTh K 13 1RTh 15 1G TiÕp ®iÓm 1G(4-6) ®ãng l¹i, lµm 2RTh(4-6) mÊt ®iÖn, sau thêi gian chØnh ®Þnh cña 2RTh (≈ t - t ), th× 2RTh(15-17) kÝn l¹i, lµm 2G(17-10) cã ®iÖn, vµ 2G(2-4) ®ãng l¹i, ng¾n m¹ch R , ®éng c¬ § chuyÓn sang ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn vµ sÏ tíi lµm viÖc ë ®iÓm x¸c lËp XL . * Dõng ®éng c¬: 2RTh 17 2G H×nh 7 - 2: S¬ ®å nguyªn lý vµ biÓu ®å thêi gian - Ên nót D lµm cuén d©y K(9-10) mÊt ®iÖn, vµ K(1-3) më, K(6-8) më, lµm phÇn øng § mÊt ®iÖn, vµ 2RTh(4-6) mÊt ®iÖn; K(7-9) më ra, K(5-13) më, K(5-11) kÝn l¹i, lµm 1RTh(11-10) cã ®iÖn l¹i, chuÈn bÞ khëi ®éng lÇn sau. * Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: 2) Nguyªn lý lµm viÖc: ω= U − R− + )−fΣ M (6-3) * Khëi ®éng ®éng c¬: Trang 204 * Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh qu¸ tr×nh qu¸ ®é khi khëi ®éng: Trang 205 Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng ω = ωXL + (ωb® + ωXL).e-t/Tc (7-4) M = Mc + (M1 - Mc).e-t/Tc (7-5) Tr¹ng th¸i phÇn tö 1RTh - V× Mc′ > Mc (hay Ic′ > Ic) nªn M′®éng = (M - Mc′) < M®éng do ®ã qu¸ tr×nh gia tèc chËm l¹i. Ban ®Çu ω t¨ng ®Õn ω ′ (ω ′ < ω ), tøc lµ cÊp 1 ë ®iÓm b th× ®· hÕt thêi gian chØnh ®Þnh cña RTh nªn ph¶i chuyÓn sang cÊp 2, tøc sang ®iÓm c , cø nh− vËy chuyÓn ®æi tõ d sang e , v.v... Nh− vËy, khi khëi ®éng mµ M (hay I ) t¨ng lªn, sÏ dÉn ®Õn qu¸ t¶i, hay qu¸ dßng cho phÐp. 1G 2G 2RTh 0 t0 t1 t2 t3 t H×nh 7-3: §Æc tÝnh ho¹t ®éng theo thêi gian cña c¸c phÇn tö trong s¬ ®å ®iÒu khiÓn tù ®éng * Thêi gian khëi ®éng: tk® = Tc ln M1 −Mc = Tc ln I1 −Ic (7-6) 2 c 2 c * Thêi gian chØnh ®Þnh cña c¸c r¬ le thêi gian: RTh: tc®.1RTh = tk®.1 - [t(k) + t(1G)] (7-7) 2RTh: tc®.2RTh = tk®.2 - [t(2G)] (7-8) V× [t(K) , t(1G) , t(2G)] << tk® , nªn: tc® ≈ tk® . §å thÞ: h×nh 7 -31. 7.1.1c. NhËn xÐt 1) ¶nh h−ëng cña m«men t¶i Mc (khi UL =const, R= const): - VÝ dô: Cã ®å thÞ khëi ®éng §M®l víi 2 cÊp ®iÖn trë phô: - Khi Mc t¨ng th× M®éng t¨ng, qu¸ tr×nh qu¸ ®é t¨ng. - Khi m« men t¶i M hay dßng t¶i I t¨ng, m« men ®éng gi¶m, thêi gian qu¸ ®é t¨ng (qu¸ tr×nh qu¸ ®é bÞ gi¶m gia tèc). Trang 206 ω I I ’’ I1’ ω0 XL TN ω I1 ω2 d 2 e e’ ω2 ω(t) ω’1 b c’ 1 I(t) a Ic 0 Ic ’I2 ’ I1 I’1 I’’1 I− 0 t1 t2 t3 t c 2 H×nh 7-4: C¸c ®Æc tÝnh khëi ®éng theo nguyªn t¾c thêi gian khi phô t¶i bÞ thay ®æi trong qu¸ tr×nh khëi ®éng. - Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh qu¸ ®é lóc nµy: ωb1 = ωXL + (ωb® - ωXL).e-t1/ Tc (7-9) M = Mc′ + (M1 - Mc′).e-t/ Tc (7-10) Tc = J.(ωXL - ωb®) / (M1 - Mc′) (7-11) 2) ¶nh h−ëng cña m« men qu¸n tÝnh J (hay GD2): - Khi J t¨ng th× T còng t¨ng vµ nh− vËy ω , ω , ... gi¶m, t−¬ng tù tr−êng hîp Mc t¨ng. Tc = J.(ωXL - ωb®) / (M1 - Mc) (7-12) Trang 207 Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng 3) ¶nh h−ëng cña ¸p l−íi UL (khi Mc = const, R = const): - §èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu: Khi U gi¶m th× ω = (U / KΦ) còng gi¶m xèng, nÕu phô t¶i M = const th× m« men ®éng c¬ sÏ gi¶m, gia tèc gi¶m, qu¸ tr×nh qu¸ ®é sÏ kÐo dµi (hay thêi gian khëi ®éng, h·m, ... t¨ng). 5) ¦u, khuyÕt ®iÓm - ¦u ®iÓm: Khèng chÕ ®−îc thêi gian më m¸y, h·m m¸y, ®¶o chiÒu, ... ThiÕt bÞ ®¬n gi¶n, lµm viÖc tin cËy, an toµn, nªn ph−¬ng ph¸p §KT§ theo nguyªn t¾c thêi gian nµy ®−îc sö dông réng r·i. ω ωo UL = UL.®m ωo′ UL < UL.®m - Nh−îc ®iÓm: M« men (dßng ®iÖn) ®éng c¬ thay ®æi theo M , J, to, U , ..., nªn cã thÓ v−ît qu¸ trÞ sè cho phÐp, cÇn ph¶i cã biÖn ph¸p b¶o vÖ. 7.1.2. §iÒu khiÓn tù ®éng theo nguyªn t¾c tèc ®é 7.1.2a. Néi dung - Cã ®å thÞ khëi ®éng §M®l víi 2 cÊp ®iÖn trë phô: M Mc M2 M1 H×nh 7-5: Sù ¶nh h−ëng cña ®iÖn ¸p l−íi bÞ gi¶m NÕu gi÷ cho ω = const th× m« men M = KΦI ≈ const, vµ dßng ®iÖn I sÏ t¨ng, cã thÓ I > Icp . - §èi víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé: f = const, M ≡ U2 , nªn U gi¶m th× M gi¶m m¹nh, m« men ®éng gi¶m, tèc ®é chuyÓn ®æi gi¶m, vµ thêi gian qu¸ ®é t¨ng (thêi gian khëi ®éng, h·m, ®¶o chiÒu, ... t¨ng). 4) ¶nh h−ëng cña ®iÖn trë R (khi UL = const, Mc = const): - C¸c ®iÖn trë d©y quÊn cña khëi ®éng tõ, c«ng t¾c t¬, r¬ le, ®éng c¬, ... khi nhiÖt ®é thay ®æi th× ®iÖn trë sÏ bÞ thay ®æi, thêi gian chØnh ®Þnh thay ®æi, nhÊt lµ c¸c qu¸ tr×nh khëi ®éng, h·m, ®¶o chiÒu ... mµ dïng ®iÖn trë phô th× khi nhiÖt ®é t¨ng, ®iÖn trë t¨ng, thêi gian chØnh ®Þnh gi¶m, m« men ®éng t¨ng cã thÓ lín h¬n m« men cho phÐp. Trang 208 ω ω I XL TN I xl 2 d e 2 ω ω(t) b c 1 I I(t) I a 0 Ic I2 I1 I− 0 t1 t2 t3 t H×nh 7 - 6: C¸c ®Æc tÝnh khëi ®éng theo nguyªn t¾c tèc ®é - §iÒu khiÓn theo tèc ®é lµ dùa trªn c¬ së kiÓm tra trùc tiÕp hoÆc gi¸n tiÕp sù thay ®æi cña tèc ®é. - KiÓm tra trùc tiÕp cã thÓ dïng r¬ le kiÓm tra tèc ®é kiÓu ly t©m. C¸ch nµy Ýt dïng v× dïng r¬ le kiÓm tra tèc ®é phøc t¹p, ®¾t tiÒn vµ lµm viÖc kÐm ch¾c ch¾n. - Cã thÓ kiÓm tra tèc ®é gi¸n tiÕp qua m¸y ph¸t tèc. Trang 209 Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng M¸y ph¸t tèc (FT) lµ mét m¸y ®iÖn mét chiÒu cã: Φ = const vµ EFT ≡ ω, lo¹i nµy hay dïng ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. - §èi víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, th−êng kiÓm tra tèc ®é gi¸n tiÕp theo søc ®iÖn ®éng r«to vµ tÇn sè r«to. T¹i nh÷ng tèc ®é cÇn ®iÒu khiÓn (ω , ω , ...), c¸c r¬ le kiÓm tra tèc ®é hoÆc kiÓm tra ®iÖn ¸p FT, E , f , sÏ t¸c ®éng t¹o ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. - §Õn t¹i ω = ω1 th×: U1G = KΦω1 + I2.(R− + R−f2) = UL - I2.R−f1 = Uh.1G ; (7-14) 2. 1G t¸c ®éng, ng¾n m¹ch R−f1, ®éng c¬ chuyÓn sang ®−êng - §Õn t¹i ω = ω2 th×: U2G = KΦω2 + I2.R− = UL - I2.R−f2 = Uh.2G > Uh.1G ; (7-15) 7.1.2b. C¸c m¹ch ®iÓn h×nh: * Më m¸y 2 cÊp tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu: +UL + CKT - 2G 1G 0V I− E R−f2 R−f1 K 2G t¸c ®éng, ng¾n m¹ch R , ®éng c¬ chuyÓn sang ®Æc tÝnh tù nhiªn. - Coi ®iÖn ¸p l−íi U = cosnt, víi I = const, vµ R = R , ta cã c¸c ®iÖn ¸p hót cña c¸c c«ng t¾c t¬ : Uh.1G = Uh.2G . Nh− vËy cã thÓ chän c¸c c«ng t¾c t¬ gia tèc cïng lo¹i, chØnh ®Þnh Ýt. 7.1.2c. NhËn xÐt U§ 2G + D M K - 1) ¦u ®iÓm: Ph−¬ng ph¸p §KT§ theo tèc ®é dïng Ýt thiÕt bÞ, khÝ cô ®iÒu khiÓn v× cã thÓ chØ dïng c«ng t¾c t¬ chø kh«ng cÇn t¸c ®éng th«ng qua r¬le nªn ®¬n gi¶n, rÎ tiÒn. 1G K H×nh 7-7: Nguyªn t¾c §KT§ më m¸y 2 cÊp §M theo tèc ®é * Mçi c«ng t¾c t¬ gia tèc (1G, 2G, ...) ®−îc chØnh ®Þnh víi mét trÞ sè ®iÖn ¸p hót nhÊt ®Þnh t−¬ng øng víi mçi cÊp tèc ®é nhÊt ®Þnh nh− ë ω1, ω2 , ... Ên nót M lµm K t¸c ®éng, ®éng c¬ § khëi ®éng víi toµn bé ®iÖn trë trong m¹ch phÇn øng (R−Σ = R− + R−fΣ = R− + R−f1 + R−f2), ®−êng ®Æc tÝnh 1, v× lóc ®Çu tèc ®é ω = 0 vµ cßn nhá nªn: U§ = E§ + I−.R− = KΦω + I−.R− < Uh.1G (hoÆc 2G); (6-13) Trang 210 2) Nh−îc ®iÓm: Thêi gian qu¸ ®é vµ thêi gian h·m phô thuéc M , J, U , to , lµm thay ®æi qu¸ tr×nh qu¸ ®é (nh− khi U gi¶m hay M t¨ng, ... lµm thêi gian qu¸ ®é t¨ng, qu¸ tr×nh qu¸ ®é chËm, ®èt nãng ®iÖn trë khëi ®éng, ®iÖn trë h·m, ... lµm khã kh¨n cho viÖc chØnh ®Þnh ®iÖn ¸p hót cña c¸c c«ng t¾c t¬ hoÆc r¬ le tèc ®é). - Khi ®iÖn ¸p l−íi dao ®éng sÏ lµm thay ®æi tèc ®é chuyÓn cÊp ®iÖn trë (ω , ω , ...) vµ dßng ®iÖn sÏ nh¶y vät cã thÓ qu¸ dßng cho phÐp. - Khi ®iÖn ¸p l−íi gi¶m qu¸ thÊp cã kh¶ n¨ng x¶y ra kh«ng ®ñ ®iÖn ¸p ®Ó c«ng t¾c t¬ t¸c ®éng vµ do ®ã ®éng c¬ cã thÓ dõng l¹i lµm viÖc l©u dµi ë tèc ®é trung gian, lµm ®èt nãng ®iÖn trë khëi ®éng (hay ®iÖn trë h·m, ...) vµ nh− vËy lµm thay ®æi tèc ®é chuyÓn cÊp. ... - --nqh--