Tài liệu Thiết kế hệ thống truyền động với yêu cầu máy sản xuất (thuyết minh)

1 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỆN CƠ ĐỀ TÀI: Tính toán thiết kế hệ truyền động với yêu cầu máy sản xuất có: Mc = const Chuyển động lên xuống với : υđm = 2 m/phút Công suất định mức : Pđm = 9 Kw Hiệu suất bộ truyền : η = 95% Tải mang tính : thế năng Dải điều chỉnh : D = 5 : 1 Sai lệch tĩnh : St% ≤ 10% Có đảo chiều, có bảo vệ quá tải ( Hãm tái sinh) PhầnΙ; Thuyết minh: Chương 1: Phân tích, tính toán quy đổi từ máy sản xuất về trục động cơ. Chương 2: Phân tích, chọn loại động cơ truyền động. Chương 3: Phân tích, chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ . Chương 4: Phân tích, chọn BBĐ cấp điện cho động cơ. Chương 5: Phân tích, chọn tín hiệu phản hồi và mạch tổng hợp khuếch đại trung gian. Chương 6: Tính chọn thiết bị. Chương 7: Xây dựng đặc tính cơ và kiểm tra chất lượng tĩnh. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 2 Chương 8: Thuyết minh nguyên lý làm việc của hệ thống. Phần II; Bản vẽ: 1; Sơ đồ nguyên lý hệ thống. 2; Đặc tính cơ hệ thống. 3; Giản đồ dòng áp mạch động lực và mạch điều khiển. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 3 Lêi nãi ®Çu Trong c«ng cuéc c«ng nghiÖp ho¸ vµ hiÖn ®¹i ho¸ hiÖn nay, ngµnh tù ®éng ho¸ ®ãng mét vai trß hÕt søc quan träng. ViÖc ¸p dông c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng theo vßng kÝn nh»m t¨ng n¨ng suÊt vµ t¨ng hiÖu qu¶ kinh tÕ. Mét hÖ thèng lµm viÖc æn ®Þnh th× sÏ cho ra nh÷ng s¶n phÈm ®¶m b¶o chÊt lîng cao. Ngµy nay, víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña khoa häc, ®Æc biÖt lµ ngµnh ®iÖn tö c«ng suÊt. Víi viÖc ph¸t minh ra c¸c linh kiÖn b¸n dÉn ®· vµ ®ang ngµy cµng ®¸p øng ®îc c¸c yªu cÇu cña c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng. ¦u ®iÓm cña viÖc sö dông c¸c linh kiÖn b¸n dÉn mµ lµm cho hÖ thèng trë nªn gän nhÑ h¬n, gi¸ thµnh thÊp h¬n vµ cã ®é chÝnh x¸c t¸c ®éng cao h¬n. Víi nhu cÇu s¶n suÊt vµ tiªu dïng nh hiÖn nay, th× viÖc tù ®éng ho¸ cho xÝ nghiÖp trong ®ã sö dông c¸c linh kiÖn gän nhÑ lµ mét nhu cÇu hÕt søc cÊp thiÕt. Sau gÇn 4 n¨m häc tËp vµ nghiªn cøu ë trêng, em ®· ®îc lµm quen víi c¸c m«n häc thuéc ngµnh . §Ó ¸p dông lý thuyÕt víi thùc tÕ trong häc kú nµy chóng em ®îc giao ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ víi yªu cÇu “ ThiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn ®éng víi yªu cÇu m¸y s¶n xuÊt “ Víi sù nç lùc cña b¶n th©n vµ sù gióp ®ì tËn t×nh cña thÇy gi¸o híng dÉn NguyÔn Ngäc Kiªn vµ c¸c thÇy gi¸o trong bé m«n, ®Õn nay ®å ¸n cña em ®· ®îc hoµn thµnh. B¶n ®å ¸n cña em gåm hai phÇn chÝnh : PhÇn thuyÕt minh : gåm 8 ch¬ng: Chương 1: Phân tích, tính toán quy đổi từ máy sản xuất về trục động cơ. Chương 2: Phân tích, chọn loại động cơ truyền động. Chương 3: Phân tích, chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ. Chương 4: Phân tích, chọn BBĐ cấp điện cho động Chương 5: Phân tích, chọn tín hiệu phản hồi và mạch tổng hợp khuếch đại trung gian. Chương 6: Tính chọn thiết bị. Chương 7: Xây dựng đặc tính cơ và kiểm tra chất lượng tĩnh. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 4 Chương 8: Thuyết minh nguyên lý làm việc của hệ thống. PhÇn b¶n vÏ : gåm 3 b¶n vÏ khæ A0 1. S¬ ®å nguyªn lý hÖ thèng. 2. Gi¶n ®å dßng, ®iÖn ¸p trªn m¹ch ®éng lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. 3. §Æc tÝnh tÜnh hÖ thèng. Do kiÕn thøc chuyªn m«n cßn h¹n chÕ, c¸c tµi liÖu tham kh¶o cã h¹n, nªn ®å ¸n cña em kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. Em rÊt mong ®îc sù chØ b¶o, gãp ý cña c¸c thÇy,c« gi¸o cïng c¸c b¹n ®Ó b¶n ®å ¸n cña em ®îc hoµn thiÖn h¬n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« gi¸o trong bé m«n, c¶m ¬n thÇy NguyÔn Ngäc Kiªn ®· gióp ®ì em ®Ó b¶n thiÕt kÕ hoµn thµnh ®óng thêi h¹n. Th¸i nguyªn ngµy Th¸ng n¨m 2007 Sinh viªn thiÕt kÕ Vò v¨n phiªn TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 5 Chương 1: Phân tích, tính toán quy đổi từ máy sản xuất về trục động cơ. Xuất phát từ những yêu cầu của đề tài, cho các thông số của máy sản xuất. Để dễ dàng cho việc nghiên cứu và tính toán, người ta thường tính quy đổi tất cả các đại lượng về trục động cơ.Nguyên tắc của tính toán quy đổi là đảm bảo năng lượng của hệ trước và sau khi quy đổi không thay đổi. Jd, ω, Md 1 i,η Jqd,Mqd 2 Jt, ωt, Mt υ, F 3 4 G H1.1: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ hàng. (1)động cơ điện, (2) hộp tốc độ, (3) tang quay, (4) tải trọng. Trong đó: -Jđ, ωđ, Mđ : mômen quán tính, tốc độ quay, mômen của động cơ. -Jqđ, Mqđ : mômen quán tính và mômen quy đổi. - i, η : tỉ số và hiệu suất của bộ truyền. - Jt, ωt, Mt : mômen quán tính, tốc độ quay, mômen của tang quay. - υ, F : là vận tốc dài và lực cản. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 6 Theo đề tài ta có: -Mc = const, υđm = 2 m/phút, Pđm = 9 Kw, η = 95%. Ta có : nđm = v dm 60 2πR -Với R : là bán kính tang quay. Ta chọn bán kính tang quay: R = 0.2m ⇒ nđm = 2 60 = 2 * 3.14 * 0.2 96 (v/phút) -Ở đây nđm : là tốc độ định mức của tang quay. a) Xác định tỉ số của bộ truyền: ndc Ta có : i= n dm Trong đó : - nđc = 1500 v/phút : tốc độ quay của động cơ. - nđm = 1.6 v/phút : tốc độ quay của tang quay. ⇒ i= 1500 96 = 15.625 b) Quy đổi công suất tải về trục động cơ: Ta có : Pđc = Pdm η - Với : Pđm = 9 Kw, η = 95% ⇒ Pđc = 9 0.95 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN = 9.5 Kw LỚP: K40.TĐH.03 7 Chương 2: Phân tích chọn loại động cơ truyền động: Trong chương này ta sẽ đưa ra một số loại động cơ có thể được sử dụng để truyền động cho hệ thống.Ta có các loại động cơ: 1: Động cơ xoay chiều. a: Động cơ không đồng bộ : Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ, công suất trung bình và công suất lớn và chiếm tỉ lệ rất lớn trong công nghiệp. Ưu điểm: nổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc; so với động cơ một chiều động cơ không đồng bộ có giá thành hạ; vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo. Nhược điểm: của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và không chế các quá trình quá độ khó khăn; riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn. Xét về mặt cấu tạo, người ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại: Động cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc (còn gọi là động cơ rôto ngắn mạch). H2.1: Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 8 a.1; Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ: 3U 2f 1 R2' M= R2' 2 2 ω1[( R1 + ) + X nm ]s s Trong đó : - R1,X1 : điện trở, điện kháng mạch stato. - R2' , X 2' - Xnm = X1 + X 2' : điện kháng ngắn mạch. - ω1 = 2πf1 p : điện trở, điện kháng mạch rôto quy đổi về stato. : tốc độ của từ trường quay, còn gọi là tốc độ đồng bộ. - f1 : tần số của điện áp nguồn đặt vào stato. - p : số đôi cực từ động cơ. - ω : tốc độ góc của động cơ. - s= ω1 − ω ω1 : độ trượt của động cơ. Các điểm cực trị của đường cong được xác định bằng cách giải: dM ds = 0 ta được: - sth = ± - Mth = ± R2' 2 ( R12 + X nm ) 3U 2f 1 2 2ω1 ( R1 ± ( R12 + X nm ) Trong đó: dấu (+) ứng với chế độ động cơ và dấu (-) ứng với chế độ máy phát. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 9 ω S ω1 1 2 A TN(Rf = 0) Sth Rf 0 M 0 Mdm Mth H2.2: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ω = f(M) trong chế độ động cơ a.2; Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ: Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ: - Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ. - Điều chỉnh công suất trượt Ps. - Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ. ⇒ Tuy nhiên: do nhược điểm của loại động cơ này là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ gặp khó khăn, mômen khởi động nhỏ, dòng khởi động lớn. Mặt khác do dạng đặc tính cơ có dạng đường cong (h2.2) nên việc ổn định tốc độ gặp khó khăn. Nếu tuyến tình hoá đoạn đặc tính làm việc thì chỉ có thể ổn định tốc độ ở điểm làm việc từ ω0 đến điểm A trên hình vẽ còn đoạn đặc tính còn lại động cơ làm việc trong chế độ không ổn định. Ngoài ra do các thông số của máy điện không đồng bộ dễ bị thay đổi do ảnh hưởng của nhiệt độ, tần số… lên việc khảo sát và tính toán các quá trình quá độ của động cơ không đồng bộ gặp rất nhiều khó khăn. Trong thời gian gần đây do sự phát triển của công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kĩ thuật điện tử - tin học động cơ không đồng bộ đã khai thác được các ưu điểm của nó và trở thành hệ truyền động có khả năng hiệu quả với hệ truyền động Tiristo – Động cơ một chiều. Tuy nhiên việc ứng dụng các kỹ thuật mới này còn rất hạn chế ở nước ta do giá thành còn cao. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 10 b: Động cơ đồng bộ: Động cơ đồng bộ được sử dụng khá rộng rãi trong những truyền động công suất trung bình và lớn, yêu cầu ổn định tốc độ cao. Động cơ đồng bộ thường dùng cho các máy bơm, quạt gió, các hệ truyền động của nhà máy luyện kim và cũng thường được sử dụng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát - động cơ công suất lớn. b.1: Sơ đồ nguyên lý và phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ: ω1 = 2πf1 p Trong đó : - ω1: là tốc độ đồng bộ. - f1: tần số của lưới xoay chiều. - p: số đôi cực từ. ω U ω1 + 0 - h2.3: Sơ đồ nguyên lý động Mmax M h2.4: Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ. cơ đồng bộ. Ưu điểm: của động cơ đồng bộ là có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cosϕ và hiệu suất lớn, vận hành có độ tin cậy cao. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 11 Nhược điểm: Động cơ này có nhược điểm là điều chỉnh tốc độ gặp khó khăn do chỉ có phương pháp điều chỉnh duy nhất là biến tần nguồn điện. Tuy nhiên do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử thì nhược điểm này đã được khắc phục bằng các bộ biến tần công nghiệp của các hãng sản xuất thiết bị điện tử công nghiệp nổi tiếng thế giới như : SIEMENT(ĐỨC), OMRON(PHÁP)…. Nhưng do giá thành còn cao cũng như công nghệ truyền thông của nó khá phức tạp nên chúng chưa được sử dụng rộng rãi ở nước ta. 2 : Động cơ điện một chiều. a. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuộn dây kích từ mắc nối tiếp cuộn dây phần ứng, nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng. a.1; Sơ đồ nguyên lý: + - Uu E Ckt Rf Iu h2.5: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ nối tiếp. a.2; Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: ω= A1 KC −B M = A2 −B M Trong đó: -A1 = Uu K .C -B = Ru K .C -Uư : điện áp phần ứng (v). TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 12 -Rư : điện trở mạch phần ứng(Ω). pN -K = 2πa : hệ số cấu tạo động cơ. -C : là hệ số tỉ lệ của mạch kích từ. a.3: Đặc tính cơ: TN Rf=0 NT Rf 0 0 M h2.6: Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp. Nhận xét: Ta thấy đặc tính cơ có dạng hyperbol và mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ hơn định mức. Ở vùng dòng điện lớn, do mạch từ bão hòa nên từ thông hầu như không đổi và đặc tính có dạng gần tuyến tính. Ngoài ra nhìn vào đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp và cấu tạo của nó ta có nhận xét sau: - Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp mềm và độ cứng thay đổi theo phụ tải. Do đó thông qua tốc độ của động cơ ta có thể biết được sự thay đổi của phụ tải. Tuy nhiên không nên sử dụng động cơ này cho những truyền động có yêu cầu ổn định cao. - Động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mômen. Nhờ cuộn kích từ nối tiếp nên ở vùng dòng điện phần ứng lớn hơn định mức thì từ thông động cơ lớn hơn định mức, do đó mômen của nó tăng nhanh hơn so với sự tăng của dòng điện. Như vậy với mức độ quá dòng điện như nhau thì động cơ một chiều TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 13 kích từ nối tiếp có khả năng quá tải về mômen và khả năng khởi động tốt hơn động cơ một chiều kích từ độc lập. Nhờ ưu điểm đó mà động cơ kích từ nối tiếp rất thích hợp cho những truyền động làm việc bình thường có quá tải lớn và yêu cầu mômen khởi động lớn như máy nâng vận chuyển, máy cán thép … - Vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nên khả năng chịu tải của động cơ không bị ảnh hưởng bởi sự sụt áp của lưới điện. Loại động cơ này thích hợp cho những truyền động dùng trong ngành giao thông có đường dây cung cấp điện dài. b. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ độc lập là cuộn kích từ được cấp nguồn từ một nguồn riêng biệt, do đó khi tải thay đổi thì ít không ảnh hưởng tới kích từ của động cơ. Ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ ở cả mạch phần ứng và mạch kích từ. b.1; Sơ đồ nguyên lý: + - Uu Rf E I Rkt Ckt Ikt Ukt + - h2.8: Sơ đồ nguyên lý của động cơ một chiều kích từ độc lập b1.2; Phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập : U u ω = Kφ - Ru + R f ( Kφ ) 2 M Trong đó: - ω : tốc độ góc,rad/s. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 14 - Uư : điện áp phần ứng, V. pN - K = 2πa : hệ số cấu tạo động cơ. - p : số đôi cực từ chính. - N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. - φ : từ thông kích từ dưới một cực từ, Wb. - Rư = rư + rcf + rb + rct : điện trở của mạch phần ứng, Ω. + 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, Ω. - M = Mđt = KΦIư: mômen điện từ. - Iư : dòng điện mạch phần ứng, A. ω ω0 Mdm Mnm M h2.9: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông φ = const, thì phương trình đặc tính cơ là tuyến tính. Đồ thì đặc tính cơ được biểu diễn trên h2.9 là đường thẳng. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 15 Theo đồ thị trên, khi M = 0 ta có : U u ω = Kφ = ωo ωo : được coi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Còn khi ω = 0 ta có : Iư = Và U Ru + R f = Inm, Mnm = KφInm Inm, M nm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Trên thực tế, đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song song hầu như giống nhau, nhưng khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng kích thích nối tiếp, động cơ điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận lợi và kinh tế hơn, mặc dù loại động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên ngoài. Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập ta có các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau: - Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ. - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ. - Điều chỉnh tốc độ bằng cách đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Nhận xét: So với động cơ một chiều kích từ nối tiếp thì ta thấy động cơ một chiều kích từ độc lập có từ thông không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ nên khả năng ổn định tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập là cao hơn. Mặt khác do đặc tính cơ của nó là đường thẳng do đó có thể ổn định ở mọi cấp tốc độ. Động cơ có dải điều chỉnh tốc độ rộng, phương pháp điều chỉnh đơn giản. Kết luận: Từ những phân tích đánh giá ở trên ta thấy động cơ một chiều kích từ độc lập có nhiều ưu điểm và có khả năng đáp ứng được yêu cầu công nghệ của tải mà ta cần truyền động.Do đó ta chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động cho máy sản xuất của đề tài. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 16 Chương 3: Phân tích, chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ. Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại đông cơ khác, không những nó có khả năngđiều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lạo đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh rộng. Có ba phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: - Điều chỉnh điện trở phụ phần ứng động cơ. - Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ. - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ. 1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ: Giả thiết : Uư = Uđm = const và Φ = Φđm = const. Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng. Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng: U dm ω = Kφ = const dm Độ cứng của đặc tính cơ: β= ∆M ∆ω = − ( Kφ ) 2 Ru + R f = var. Khi Rf càng lớn, β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên: βTN = − ( Kφ) 2 Ru βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính có điện trở phụ. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 17 ω ω 0 TN(Rf = 0) Rf1 Rf2 Rf3 0 Mc M Rf4 H3.10: các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng. Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R f ta có được một họ đặc tính biến trở có dạng như h2.10. Ứng với một phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản. Nhược điểm của phương pháp này là: - Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ. Nó là phương pháp điều chỉnh không triệt để dải điều chỉnh phụ thuộc giá trị của mômen cản, độ chính xác duy trì tốc độ không cao, độ tính chỉnh kém. - Khi điều chỉnh tốc độ xuống thấp sai số tốc độ càng lớn và mômen ngắn mạch càng nhỏ, nghĩa là khả năng duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém, ngoài ra số cấp điện trở có giới hạn và việc điều chỉnh không trơn. Tất cả nhưng nguyên nhân đó đều hạn chế dải điều chỉnh. - Do sử dụng điện trở phụ mắc vào mạch phần ứng động cơ dẫn đến tổn thất về năng lượng làm giảm hiệu suất của hệ thống. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 18 2. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp mạch kích từ: Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = const. Điện trở phụ Rf = 0 ( Rư = cost). Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ. Trong trường hợp này: U dm - Tốc độ không tải : ωox = Kφ = var. x - Độ cứng đặc tính cơ : β(φ) = − ( Kφx ) 2 = var. Ru Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từthông.Nên khi từ thông giảm thì ωox tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông. Điều chỉnh điện áp mạch kích từ thực chất là quá trình thay đổi từ thông kích thích của động cơ hay nói cách khác chính là điều chỉnh mômen điện từ của động cơ M = KφIư và sức điện động quay của động cơ E ư = Kφω. Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến: dφ ek ik = rb + rk + wk dt Trong đó : - rk : điện trở dây quấn kích thích. - rb : điện trở của nguồn điện áp kích thích. - wk: số vòng dây của dây quấn kích thích. Trong chế độ xác lập ta có quan hệ: ek ik = r + r ; φ = f[ik] b k TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03 19 H3.11: đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông. Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông : U dm Dòng điện ngắn mạch : Inm = R = const. u Mômen ngắn mạch : Mnm = KφxInm = var. Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên. Do khi điều chỉnh điện áp mạch kích từ thì thường giữ điện áp phần ứng và điện trở phần ứng là không đổi bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ bản ( đôi khi chính là đặc tính tự nhiên của động cơ ). Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là mômen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh. Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích: β(φ) = − TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN ( Kφx ) 2 = var. Ru LỚP: K40.TĐH.03 20 Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các đông cơ mà từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hoà của các đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện: φ = C.ik = C ek rb + rk Ưu điểm : - Vì công suất mạch kích từ nhỏ nên việc điều chỉnh dễ dàng và tổn hao công suất ít. - Khả năng tự động hoá cao. Nhược điểm : - Độ cứng đặc tính cơ giảm mạnh khi từ thông giảm và tốc độ không tải lý tưởng tăng, sai lệch tĩnh tăng. - Dải điều chỉnh tốc độ khi thay đổi từ thông nói chung là không rộng. - Khi giảm từ thông để tăng tốc độ thì điều kiện chuyển mạch cổ góp xấu đi vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì đồng thời phải giảm I ư ⇒ mômen trên trục động cơ giảm rất nhanh. - Do điện cảm lớn lên hằng số thời gian lớn nên thời gian qua độ dài. 3. Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Giả thiết từ thông φ = φđm = const, điện trở phụ R f= 0( Rư = cost). Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có: Ux - Tốc độ không tải: ωox = Kφ = var. x - Độ cứng đặc tính cơ: β = − ( Kφx ) 2 = const. Ru TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03