Giáo trình Truyền động điện (dùng cho hệ TCCN) (Phần 2)

Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 95 Bài 4: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ * Mục đích Cung cấp cho sinh viên kiến thức về điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ, nắm được sơ đồ nguyên lý, đặc tính cơ, phương trình đặc tính cơ cũng như một số thông số đặc trưng của điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. Ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng của từng phương pháp điều chỉnh. * Tóm tắt nội dung Trình bày các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ: ­ Điều chỉnh điện áp động cơ ­ Điều chỉnh xung điện trở mạch roto ­ Điều chỉnh công suất trượt ­ Điều chỉnh số đôi cực ­ Điều chỉnh tần số Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 96 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với động cơ khác. Sở dĩ như vậy là do động cơ KĐB có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cung cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha. Tuy nhiên, trước đây các hệ truyền động động cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, đó là do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB rất khó khăn hơn động cơ một chiều. Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ KĐB mới được khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động tiristơ ­ động cơ một chiều. Trong công nghiệp hiện nay thường sử dụng các phương pháp sau: ­ Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi tiristơ. ­ Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto ­ Điều chỉnh công suất trượt Ps ­ Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số tiristơ hay tranzito. Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu cấu trúc, các đặc tính của hệ truyền động này. 4.2. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ĐỘNG CƠ Momen động cơ khồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp stato, do đó có thể điều chỉnh được momen và tốc độ ĐKB bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để điều chỉnh điện áp ĐKB phải dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC). Nếu coi ĐAXC là nguồn áp lý tưởng (Zb = 0) thì căn cứ vào biểu thức momen tới hạn, có quan hệ sau: 2 dm b th u.th ) U U ( M M  hay Mth,u * = ub *2 (5 ­ 1) Công thức (5 ­ 1) đúng với mọi giá trị của điện áp và momen. Nếu tốc độ quay của động cơ là không đổi: Mu * = ub *2,  = const, Mu = gh u M M (5 ­ 1)' trong đó: Um ­ điện áp định mức của động cơ. ub ­ điện áp đầu ra của ĐAXC. Mth ­ momen tới hạn khi điện áp là định mức. Mu ­ momen động cơ ứng với điện áp điều chỉnh. Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 97 Mgh­ momen khi điện áp là định mức, điện trở phụ Rf. Vì giá trị độ trượt tới hạn sth của đặc tính cơ tự nhiên là nhỏ nên nói chung không áp dụng điều chỉnh điện áp cho động cơ rôto lồng sóc. Khi thực hiện điều chỉnh điện áp cho động cơ rôto dây quấn cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rôto để mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và momen. Như thấy trên H.5 ­ 1b, tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ, trong khi đó tốc độ không tải lý tưởng của mọi đặc tính đều như nhau và bằng tốc độ từ trường quay. Tổn thất khi điều chỉnh là: Pr = Mc(1 ­ ) = Pcơ s s 1 Nếu đặc tính cơ của phụ tải có dạng gần đúng: Mc = Mcđm  x dm )( ω ω Mcđm x)( 1  Thì tổn thất trong mạch rôto khi điều chỉnh điện áp là: Pr = Mcđm x)( 1  .1(1­ 1  ) Tổn thất cực đại khi  = 0: Prmax = Mcđm.  = Pđm Như vậy, tổn thất tương đối trong mạch rôto là: )1.()( 111         xrP Pr = ( *)x.(1 ­ *) (5 ­ 2) Hình 5.1. Sơ đồ nguyên lý (a) ;Đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp (b) (a) (b) A ĐK B C R2f R2f R2f ĐAXC Uđk ir Ul fl Ub fl M  s 1 0 1 Mth TN (Uđm, Rf=0) Mth1,ub1 sthgh Uđm,Rf Mc() sth Mth2,ub2  Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 98 Quan hệ này được mô tả bởi đồ thị trên H.5 ­ 2, ứng với từng loại phụ tải cơ có tính chất khác nhau. Phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà momen tải là hàm tăng theo tốc độ như: quạt gió, bơm li tâm. Có thể dùng máy biến áp tự ngẫu, điện kháng hoặc các bộ biến đổi bán dẫn làm ĐAXC, trong đó vì lý do kỹ thuật và kinh tế mà bộ áp kiểu van bán dẫn là phổ biến hơn cả. 4. 3. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH RÔTO Như đã phân tích ở phần đặc tính cơ KĐB, có thể điều chỉnh được tốc độ ĐKB bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto, trong mục này khảo sát việc thực hiện điều chỉnh trơn mạch rôto bằng các van bán dẫn, ưu thế của phương pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Trên H.5 ­ 3a trình bày sơ đồ nguyên lý của điều chỉnh trơn mạch rôto bằng phương pháp xung. Điện áp ur được chỉnh lưu bởi cầu điôt CL, qua điện kháng lọc L được cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở R0 nối song song với khoá bán dẫn T1. Khoá T1 sẽ được đóng, ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị trung bình của điện trở toàn mạch. Hoạt động của khoá bán dẫn tương tự như trong mạch điều chỉnh xung áp một chiều. Khi T1 dẫn, điện trở R0 bị loại ra khỏi mạch, dòng điện rôto tăng lên, khi T1 khóa điện trở R0 lại được đưa vào mạch, dòng điện rôto giảm. Với tần số đóng ngắt nhất định, nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch. Thời gian ngắt tn = Tck ­ tđ (xem H.5 ­ 3b), nếu điều chỉnh trơn tỷ số giữa thời gian đóng tđ và thời gian ngắt tn ta sẽ điều chỉnh trơn được giá trị điện trở trong mạch rôto. P*r * 0,5 1 0 0,5 1 X=0 X=­1 X=1 X=2 Hình 5.2. Sự phụ thuộc giữa tổn thất rô to và tốc độ điều chỉnh Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 99 Rtd = R0.   .00 R T t R tt t d nd d (5 ­ 3) Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính đổi về mạch xoay chiều ba pha ở rôto theo quy tắc bảo toàn công suất. 4.4. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TRƯỢT. Trong trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách làm mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt Ps = s.Pđt được tiêu tán trên điện trở rô to. Ở các hệ thống truyền động công suất lớn, tổn hao này là đáng kể. Vì thế để vừa điều chỉnh được tốc độ truyền động, vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng các sơ đồ điều chỉnh công suất trượt, gọi tắt là các sơ đồ nối tầng. (b) R 3Ro/4 t R0 R0 R0 T Tđ Tn Ro/2 t Ro/4 t Hình 5.3. Điều chỉnh xung điện trở mạch rô to (a) Sơ đồ nguyên lý (b) Phương pháp điều chỉnh (c,d) Các đặc tính A ĐK B C R0 V1 Ur id Ul fl (a) V3 V5 V4 V6 V2 T1 T2 L C C L V0 L1  1 0  = 0  = 1 M  1 0  = 1 M  = 0 (c) (d ) Tck Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 100 Có nhiều phương pháp xây dựng hệ thống nối tầng, dưới đây trình bày phương pháp nối tầng dùng Tiristor (hình 5.6a). Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì: Ps = Mc.(1 ­ ) = Mc.1.s = Pđt.s (5.6) s = Ps/Pđt Giản đồ năng lượng khi bỏ qua tổn hao ở rôto được biểu diễn trên hình 5.6b. Trong đó: Pbđ : công suất được trả về lưới điện. Pbđ:tổn hao trong mạch biến đổi công suất trượt thành công suất điện có cùng tần số với điện áp lưới. Sức điện động rôto ur được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua điện kháng lọc L cấp cho nghịch lưu phụ thuộc NL. Điện áp xoay chiều của nghịch lưu (uA, uB, uC) có biên độ và tần số không đổi do được xác định bởi tần số và biên độ của lưới. Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển  thay đổi từ 90o đến khoảng 140o, phần còn lại dành cho góc chuyển mạch  và góc phục hồi tính chất khoá  của van. Độ lớn của dòng điện rô to hoàn toàn phụ thuộc vào mô men tải của động cơ mà không phụ thuộc vào góc điều khiển nghịch lưu. Cụm mạch chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc chỉ làm thay đổi được góc pha của dòng điện ở phía xoay chiều của nghịch lưu bằng cách thay đổi góc mở . Quá trình dòng điện và điện áp của bộ biến đổi được mô tả trên hình 5.6c cho trường hợp s = 1/3. Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu và nghịch lưu là như nhau. Udr = Udn = Ud Sai lệch về giá trị tức thời giữa điện áp chỉnh lưu và nghịch lưu chính là điện áp rơi trên cuộn kháng lọc L. Để đơn giản trong cách viết, giả thiết bỏ qua điện trở và điện kháng tản của mạch stato và coi số vòng dây của stato và rô to như nhau, thì giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu khi Id = 0 là: Ud = 1 1 33    oe mU (5.7) Trong đó: U1m: biên độ điện áp lưới o: tốc độ không tải lý tưởng 1: tốc độ từ trường quay stato Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 101 Khi có tải Id  0 thì điện áp này giảm xuống do sụt áp chuyển mạch giữa các van trong cầu chỉnh lưu và do sụt áp trên điện trở dây quấn rô to. Ud = 1 1 33    oe mU ­  3 sLrId ­ 2RrId (5.8) Trong đó 2 = e ­  là tần số trượt của rô to, dòng điện chỉnh lưu trung bình sẽ là hàm của tốc độ quay: Id = ) L R (L U r r r e o m           11 1 1 1 3 2 3 = ) X R 'ss(X 'sU r r or m     3 2 3 1 (5.9) Hình 5.4. Hệ thống nối tầng van điện. (a) Sơ đồ nguyên lý (b) Giản đồ năng lượng (a) A §K B C D1 Ur Id Ul fl D3 D5 D4 D6 D2 T1 T3 L T5 T4 T6 T2 Udr Udn CL NL BA c b a A B C PCS P®t P1 P1 Pb® PC Pb(b) Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 102 Độ trượt so gọi là độ trượt cơ bản của hệ thống khi không tải, độ trượt s' là do tải gây ra: so = 1 1   m d U U 133  ; s' = 1 o (5.10) Điện áp stato có dạng ua = U1mcoset, nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato thì từ thông có biên độ tỷ lệ với điện áp stato:  = ­ U1m/1 (5.11) và mômen động cơ tỷ lệ với thành phần dọc trục của dòng điện rôto động cơ: M = ­ dr m I U'p 1 1 2 3  (5.12) Giá trị trung bình của dòng điện idr được tính như sau: Idr = ­ xxr m s 's ) s 's ( X U    1 6 1 (5.13) sx = so + s' +   r r X R 3 2 cuối cùng phương trình xác định mô men của hệ thống nối tầng van điện sẽ là: M = xxre m s 's ) s 's ( L ) U ('p    1 19 21 (5.14) Trên hình 5.6d có dựng các đặc tính cơ của hệ nối tầng van cho từng góc điều khiển  của nghịch lưu. Do điện cảm lọc L trong mạch một chiều có giá trị hữu hạn nên dòng id có thể bị gián đoạn khi mô men tải nhỏ, đặc tính cơ ở đoạn này có độ dốc lớn. Mặt khác do sụt áp gây ra bời điện trở stato, điện trở mạch một chiều, điện trở và điện kháng tản của máy biến áp cũng như sụt áp do chuyển mạch của nghịch lưu và chỉnh lưu nên các đặc tính điều chỉnh đều có độ cứng và mô men tới hạn nhỏ hơn so với đặc tính cơ tự nhiên. Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 103 4.5. ĐIỀU CHỈNH SỐ ĐÔI CỰC. 4.5.1. Nguyên lý điều chỉnh. Khi thay đổi số đôi cực của động cơ KĐB, tốc độ từ trường quay thay đổi, do đó tốc độ rôto cũng thay đổi theo. Quan hệ đó được thể hiện trong biểu thức sau:  = 0(1­ s) = 2 (1 ) f s p   Trong đó: f ­ tần số lưới điện, p ­ số đôi cực (p =1, 2, 3, ...) Để có thể thay đổi được số đôi cực, người ta phải chê tạo những động cơ đặc biệt, được gọi là động cơ đa cấp tốc độ. Phổ biến nhất là loại động cơ hai cấp tôsc độ, có thể thay đổi số đôi cực bằng hai phương pháp: + Đặt ở mạch stato của động cơ các tổ dây quán khác nhau, mỗi tổ dây quấn có số đôi cực riêng. + Dùng một tổ dây quấn stato được chia thành nhiều phân đoạn, thay đổi cách nối dây giữa các phân đoạn sẽ thay đổi được p. Những động cơ cấu tạo theo cách thứ nhất phức tạp, to và nặng nên ít sử dụng. Những động cơ cấu tạo theo cách thứ hai nhỏ gọn, tận dụng tốt vật liệu của máy điện, Udn uab ua t Udr Ud 0 st 0 ia ib st st 0 0 t ic 0 Id c) Hình 5.5 Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 104 song có nhược điểm là sơ đồ đổi nối đầu dây phức tạp và hai cấp tốc độ phụ thuộc nhau nhưng được sử dụng phổ biến. Động cơ đa tốc thường có rôto lồng sóc, vì rôto loại này có thể tụ thay đổi số cực rôto theo stato. Do đó số cực, điện trở và điện kháng rôto tự thay đổi nhịp nhàng với stato. Sau đây ta khảo sát phương pháp thay đổi số đôi cực bằng cách đổi nối các phân đoạn dây quấn. Ví dụ có một tổ nối dây stato gồm hai phân đoạn (1 pha). Nếu nối nối tiếp thuận cực các phân đoạn ta có p = 2. Nếu ta đổi nối thành song song ngược cực ta có p = 1 như hình vẽ dưới: p = 2, 0 p = 1, 20 Hình 5.6: Thay đổi số đôi cực bằng cách đổi nối các phân đoạn dây quấn Như vậy, bằng cách đổi nối đơn giản, ta có thể điều chỉnh được tố độ động cơ từ tốc độ (không tải) 0 lên tốc độ 20 4.5.2. Các động cơ đa tốc và sơ đồ đổi nối thực tế. Các động cơ đa tốc thực tế được chế tạo với số đô cực từ 1 đến 12 tương ứng với các tốc độ không tải lý tưởng là 3000, 1500, ,250 (v/p). Các động cơ hai cấp tốc độ, một tổ dây quấn thường được chế tạo với n0 = 1500/3000; 750/1500; 500/1000 (v/p), còn các động cơ hai tổ dây quấn thì n0 = 500/1500; 1000/1500; 1000/3000; 750/3000 (v/p). Các động cơ 3 và 4 cấp tốc độ đều có 2 tổ nối dây, các cấp tốc độ thường gặp là 750/1500/3000; 750/1000/1500; 500/750/1000/1500 (v/p). Trong thực tế các động cơ 3 pha thường được đổi nối theo 2 cách; + đổi nối từ hình sao sang sao kép (Y  YY) + đổi nối từ hình tam giác sang sao kép (  YY) Sơ đồ đổi nối được biểu diễn như hình vẽ:  S S S N N N * * * * Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 105 Hình 5.7: Đổi nối dây quấn stato theo sơ đồ   YY và Y  YY Khi nối  hoặc Y hai đoạn dây quấn mỗi pha được đấu nối tiếp thuận cực, giả thiết khi đó p = 2 và tương ứng với tốc độ đồng bộ 0. Khi đổi nối thành YY, các đoạn dây được nối song song ngược cực ( giống như hình 5.7) nên p = 1 và tốc độ là 20. Để dựng các đặc tính điều chỉnh, ta cần xác định các trị số Mth, sth và 0 cho từng cách nối dây. * Đối với trường hợp đổi nối:   YY, ta có các quan hệ sau. Khi nối , hai đoạn dây stato nôi nối tiếp nên: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 ; 2 2 ; 2 ; 2 nm nm R r X x R r X x X x         (5.15) Trong đó: r1, r2, x1, x2 ­ lần lượt là điện trở, điện kháng mỗi đoạn dây stato và rôto. Điện áp trên dây quấn mỗi pha là Uf = 3 U1. Do đó: ' ' 2 2 , 2 ' 2 2 2 1 1 2 1 ( ) th nm R r s R X X r x            (5.15) * * r1,x1 r1,x1 * * r1,x1 r1,x1 * * * * Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 106 2 2 1 1 , 2 2 2 2 0 1 1 0 1 2 3( 3 ) 9 2 ( ) 4 ( ) f f th nm nm U U M R R X r r x            (5.16) Nếu đổi nối thành YY thì: R1YY = r1/2; X1YY = x1/2; R2YY = r2/2; X2YY = x2/2 (5.17) Điện áp trên dây quấn mỗi pha là UfYY = u1, vì vậy: ' ' 2 2 , ,2 ' 2 2 2 1 1 2 1 ( ) YY th YY th YY YY YY nm R r s s R X X r x        (5.18) 2 2 1 1 , 2 2 2 2 0 1 1 0 1 1 3( ) 3 2 ( ) 2 ( ) f f th YY YY YY YY nmYY nm U U M R R X r r x        (5.19) Từ đây ta thấy: sth,YY = sth, và Mth,YY = 2Mth,/3. Như vậy khi đổi nối   YY tốc độ không tải lí tưởng tăn 2 lần, độ trượt tới hạn không đổi và mômen tói hạn giảm còn 2/3. Đồ thị như hình 5.9a) * Đối với trường hợp đổi nối: Y  YY, phân tích tương tự. Khi nối Y, các đoạn dây nối nối tiếp và điện áp trên các pha là U1, nên ta có: ' 2 , 2 2 1 th Y nm r s r x   (5.20) 2 1 , 2 2 0 1 1 3 4 ( ) f th Y nm U M r r x    (5.21) Ta có: sth,YY = sth,Y và Mth,YY = 2Mth. Như vậy, khi đổi nối Y  YY tốc độ không tải tăng lên 2 lần, mômen tới hạn tăng 2 lần và độ trượt tới hạn không thay đổi. Đồ thị như hình 5.9b) M  0YY 0 Mth 0 MthYY a) M  0YY 0 MthYY 0Y MthY b) Hình 5.8: Các đặc tính cơ khi đổi nối dây quấn   YY (a) và Y  YY (b) Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 107 4.6. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ NGUỒN CẤP CHO ĐỘNG CƠ 4.6.1. Mô tả động cơ KĐB dưới dạng các đại lượng véc tơ 4.6.1.1. Khi điều chỉnh tần số động cơ KĐB: Thường kéo theo điều chỉnh điện áp, dòng điện hoặc từ thông mạch stato, do tính chất phức tạp của các quá trình điện từ trong động cơ KĐB nên không thể sử dụng trực tiếp các phương trình, biểu thức đã phân tích cho trường hợp điều chỉnh tần số. Để thuận tiện cho việc khảo sát hệ thống điều chỉnh tần số, dưới đây trình bày phương pháp đánh giá các quá trình điện từ dưới dạng các véc tơ. Trong động cơ KĐB, có ít nhất 6 cuộn dây trên mạch từ, phương trình cân bằng điện áp của mỗi cuộn như sau: uk = Rkik + dt d k (5.22) Trong ®ã : k lµ tªn cña d©y quÊn. NÕu coi m¹ch tõ lµ tuyÕn tÝnh vµ bá qua tæn hao s¾t th× M®iÖn tõ cña ®éng c¬ lµ: M =   1 k k k t i (5.23) §Ó ®¬n gi¶n trong khi viÕt, coi ®éng c¬ cã hai cùc (p' = 1) (h×nh vÏ d­íi). Trong ®ã c¸c chØ sè b»ng ch÷ th­êng a, b, c chØ c¸c d©y quÊn pha stato, c¸c chØ sè b»ng ch÷ hoa A, B, C chØ c¸c d©y quÊn pha r« to, gãc lÖch gi÷a d©y quÊn r« to vµ d©y quÊn stato lµ  th× tèc độ là đạo hàm theo góc lệch này,  = dt d từ thông móc vòng qua các cuộn dây của các dây quấn: k =  k jkjiL (5.24) Trong đó: j là chỉ số chỉ các pha dây quấn. Khi j = k có từ thông tự cảm, j  k có từ thông hỗ cảm Ví dụ có thể tính được từ thông của cuộn dây pha a của dây quấn stato: a = Laaia + Labib + Lacic + LaAiA + LaBiB + LaCiC (5.25) nếu các dây quấn của động cơ đối xứng và khe hở không khí của động cơ đều thì: Ra = Rb = Rc = Rs ; RA = RB = RC = Rr Laa = Lbb = Lcc = Ls1 LAA = LBB = LCC = Lr1 (5.26) Lab = Lbc = Lca = ­ Ms LAB = LBC = LCA = ­ Mr iA Hình 5.9. Sơ đồ nguyên lý dây quấn động cơ không đồng bộ. Ub Ua Uc  ia ib ic  iB iC UC UA UB Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 108 Với : Ls1, Lr1: điện cảm tự cảm của từng dây quấn stato, rôto Ms,Mr : hỗ cảm giữa các dây quấn stato, giữa các dây quấn rôto với nhau. Hỗ cảm giữa dây quấn stato với dây quấn rô to phụ thuộc vào góc lệch không gian giữa hai dây quấn này. Hỗ cảm giữa hai dây quấn cùng pha ở stato sẽ đạt cực đại khi trục của hai dây quấn trùng nhau, tương ứng lúc đó có điện cảm hỗ cảm M: LaA = LAa = LbB = LBb = LcC = LCc = M.cos (5.27) Hỗ cảm giữa hai dây quấn khác pha ở rô to và stato được tính đến khi các dây quấn lệch pha nhau một góc 2/3 trong không gian. LaB = LBa = LbC = LcB = LcA = LAc = M.cos( + 2/3) (5.28) LAb = LbA = LBc = LCb = LCa = LaC = M.cos( ­ 2/3) Để đơn giản trong khi viết, coi các đại lượng điện và từ là các véc tơ và thông số của mạch là các ma trận thông số: s =              c b a , r =              C B A , is =           c b a i i i , ir =           C B A i i i , us =           c b a u u u , ur =           C B A u u u (5.29) Rs =           s s s R R R 00 00 00 , Rr =           r r r R R R 00 00 00 Ls =              1 1 1 sss sss sss LMM MLM MML , Lr =              1 1 1 rrr rrr rrr LMM MLM MML Lm() = M              cos)/cos()/cos( )/cos(cos)/cos( )/cos()/cos(cos 3232 3232 3232 Thay thế các đại lượng trong (5.27), (5.28), (5.29) và (5.24) sau đó rút gọn ta được biểu thức tính từ thông:         r s =                r t m ms L)(L )(LL       r s i i (5.30) Trong đó : chỉ số t chỉ ma trận chuyển vị. Tiếp tục thay thế (5.30) vào (5.22) và (5.23) ta được các phương trình mô tả động cơ KĐB ba pha, trong đó để đơn giản trong biểu diễn ta bỏ các dấu ngoặc ở các ma trận thông số. Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 109         r s u u =             dt d LR dt d )(L dt d )(L dt d LR rr t m mss           r s i i (5.31) M = d d its [Lm()ir] (5.32) Các phương trình này là các phương trình phi tuyến và có hệ số biến thiên theo theo thời gian vì điện cảm Lm phụ thuộc vào góc quay:  = o +  dt)t( Ngay cả ở chế độ xác lập,  = const thì hỗ cảm giữa stato và rô to cũng biến thiên có chu kỳ. 4.6.1.2. CHUYỂN VỊ TUYẾN TÍNH CÁC PHƯƠNG TRèNH Việc giải trực tiếp các phương trình (5.31), (5.32) rất khó khăn nên thường chuyển vị các phương trình này sang hệ toạ độ khác sao cho sự biến thiên của các hệ số bị loại bỏ. Ba dòngđiện pha của động cơ lệch pha nhau về thời gian là 2/3, chúng lại được đặt lệch nhau một góc 2/3 trong không gian, như thế ở từng thời điểm khác nhau tổng của ba dòng điện này gọi là véc tơ dòng điện không gian có biên độ không đổi | is| nhưng góc lệch khác nhau. is(0) a c b is(/6) is(/3) is(/2) (b) a c b (c) is is is ia aib a2ic ia + aib + a 2ic ia aib +1() Hình 5.10. Véc tơ dòng điện không gian mạch stato i 0 ia ib ic ia /2 /3 /6 et (a) Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 110 Véc tơ dòng điện không gian is có thể xác định được nếu biết ba véc tơ dòng điện pha (ia, ib, ic) (hình 5.11c) is = 3 2 (ia + aib + a 2ic) với a = 3 2 j e (5.33) Vì véc tơ is quay trong mặt phẳng vuông góc với trục rô to nên có thể phân tích thành hai thành phần vuông góc với nhau: iS = is + jis ; is = Im{iS} = 3 3 (ib ­ ic) (5.34) is = Re{iS} = 3 1 (2ia ­ ib ­ ic) = ia nếu hệ ba pha đối xứng = Re{iS} + iso nếu hệ ba pha không đối xứng. Trong đó: iso là thành phần thứ tự không: iso = 3 1 (ia + ib + ic) (5.35) Cho hệ trục toạ độ vuông góc, trên đó biểu diễn véc tơ dòng điện không gian, quay với tốc độ k nào đó và gọi đó là trục w = (u, v, 0). Vị trí của hệ trục w sẽ là: k = ok + kt và véc tơ dòng điện không gian trong hệ trục mới là isw = is kje  , các thành phần của dòng điện trong hệ trục mới được tính: isu = Kdiacosk + ibcos(k ­ 2/3) + iccos(k + 2/3) isv = Kqiasink + ibsin(k ­ 2/3) + icsin(k + 2/3) iso = Koia + ib + ic (5.36) Việc tính đổi ngược lại từ hệ (u, v, 0) sang hệ (a, b, c) cho dòng điện rôto được thực hiện bằng cách giải hệ phương trình trên:  a c b  Hình 5.11. Biểu diễn véc tơ không gian trong hệ toạ độ quay.  C A v VK u K B jv isv isu isw Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 111 ia = dK 1 3 2 isucosk ­ qK 1 3 2 isvsink + oK3 1 iso (5.37) ia = dK 1 3 2 isucos(k ­ 2/3)­ qK 1 3 2 isvsin(k ­ 2/3) + oK3 1 iso ia = dK 1 3 2 isucos(k + 2/3)­ qK 1 3 2 isvsin(k + 2/3) + oK3 1 iso Tương tự như trên có thể chuyển vị điện áp ba pha thành hai pha (u, v, 0)... Các đại lượng ở mạch rô to cũng có thể được chuyển vị sang hệ (u, v, 0) với thủ tục giống hệt như trên, chỉ cần để ý rằng dây quấn rô to đang ở vị trí  nên ở các biểu thức thay vì viết k cần viết (k ­ ), ví dụ: irw = ir )(j ke  (5.38) Các hệ số Kd, Kq, Ko được chọn theo điều kiện cân bằng công suất trước và sau khi chuyển vị, trong trường hợp này, khi đã chọn dòng điện không gian theo (5.33) thì Kd = Kq = 3 2 , Ko = 3 3 . Theo thủ tục đã nêu ở (5.36) có thể tính được các thành phần của từ thông stato trong hệ (u, v, 0): su = Lsisu + 3 2 mL [iAcos(k ­ ) + iBcos(k ­  ­ 2/3) + iCcos(k ­  + 2/3)] sv = Lsisv + 3 2 mL [iAsin(k ­ ) + iBsin(k ­  ­ 2/3) + iCsin(k ­  + 2/3)] so = Lsoiso (5.39) Trong đó: Ls = Ls1 + Ms Lso = Ls1 ­ 2Ms (5.40) Lm = 2M/3 Phần trong ngoặc vuông chính là các thành phần của dòng điện rô to trong hệ (u, v, 0) nên: su = Lsuisu + Lmiru (5.41) sv = Lsvisv + Lmirv so = Lsoiso Ta thấy rằng chỉ có các dây quấn thành phần đồng trục mới có cảm ứng từ, còn các dây quấn thành phần vuông góc với nhau thì, như nguyên lý cảm ứng điện từ đã chỉ ra, giữa chúng không có cảm ứng. Tương tự như trên, có thể tính được từ thông rô to trong hệ (u, v, 0): ru = Lruiru + Lmisu (5.42) Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 112 rv = Lrvirv + Lmisv ro = Lroiro Trong đó Lr = Lr1 + Mr; Lro = Lr1 ­ 2Mr Các véc tơ từ thông được viết như sau: sw = Lsisw + Lmirw = s k je  (5.43) rv = Lrirw + Lmisw = r )(j ke  Thay thế các biểu thức dòng điện và từ thông vào (5.42) và (5.43) ta được hệ phương trình mô tả ĐC KĐB trong hệ toạ độ (u, v, 0):           rw sw u u =             )](j dt d [LR)](j dt d [L )j dt d (L)j dt d (LR krrkm kmkss           rw sw i i (5.44) M = 3 2 LmIm{iswi * rw} Trong đó: i*rw là véc tơ dòng điện rô to liên hợp. Do cách chuyển vị các véc tơ mà các hệ số của các phương trình chỉ còn phụ thuộc vào tốc độ quay của rô to, trong các trường hợp củ thể có thể dễ dàng giải được các phương trình này. Trong thực tế tính toán thường chọn cố định cố định tốc độ quay của hệ k = const và thấy bằng các giá trị đặc biệt: (1) k = 0, hệ toạ độ đứng yên, ký hiệu là hệ trục (, , 0). (2) k = , hệ toạ độ gắn chặt vào rô to, ký hiệu là hệ trục (d, q, 0). (3) k = o, hệ toạ độ gắn chặt vào từ trường quay, ký hiệu là hệ trục (x, y, 0). Nếu máy điện có số đôi cực p' >1 thì các đại lượng cơ học được tính đổi :  = jp';  = jp'; M = Mj/p'; Mc = Mcj/p'; I = Ij/p' (5.45) Việc tính đổi các đại lượng ở mạch rô to thực hiện như sau, nếu số vòng dây ở dây quấn stato và rô to khác nhau: ur= r s r 'u N N ; ir = r s m m r r s 'i N N ;Rr = s r m m r s r 'R N N 2 2 ;Lr = s r m m r s r 'L N N 2 2 (5.46) Trong đó: Ns, Nr: số vòng dây tác dụng của dây quấn stato, rô to. ms,mr : số pha stato, rô to. Ở chế độ xác lập có thể viết lại hệ (5.44) khi đặt d/dt = 0 và các véc tơ không gian được thay thế bằng số phức, ví dụ trong hệ toạ độ (x, y, 0) thì:       0 sU =         ssrms mosos LjRLj LjLjR       r s I I   (5.47) Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 113 Trong đó s = o ­  là tần số trượt của động cơ. Nhân cả hai vế phương trình thứ hai với 1/s ta được hệ sau: sU = Rs sI + jo(Lm Ls) sI + joLm rI (5.48) 0 = r r I s R  + jo[Lm sI + (Lm + Lr) rI ] Và ta tìm lại được sơ đồ thay thế của động cơ KĐB trong hệ toạ độ quay đồng bộ với từ trường quay như trên hình 5.13. Từ sơ đồ thay thế trên có thể tìm được các đại lượng vật lý của động cơ KĐB theo cách tính một sơ đồ mạch thông thường. Biên độ véc tơ dòng điện stato: Is = * ssII = )s(F L) R ( U r s r o s 22    (5.49) F(s) = 22 )L R L R ()LL RR ( s s r r o s rs so rs       Biên độ véc tơ dòng điện rô to: Ir = )s(F LU m o s  (5.50) Biên độ véc tơ từ thông động cơ:  = )s(F L) R ( LU r s r o ms 22    (5.51) Biên độ véc tơ từ thông stato: s = )s(F L) R ( LU r s r o ss 22    (5.52) Mô men điện từ của động cơ : M = )s(F RLU s rm o s 2 2 2 2 1  (5.53) ES US 0Lm 0Lr 0Ls RS Rr IS Ir Hình 5.12: Sơ đồ thay thế ĐC KĐB ở chế độ xác lập, trong hệ toạ độ quay. Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 114 Trong nhiều trường hợp có thể tính mô men động cơ qua dòng điện stato hoặc qua dòng điện rô to: M = 2 1 s r r r r s I R L L R )(L     , M = 2r r I R  (5.54) Trong đó hệ số tản từ:  = 1 ­ rs m LL L2 4.6.2. Điều chỉnh tần số - điện áp 4.6.2.1. Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả năng quá tải : Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện, ... của động cơ không thay đổi, để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần phải điều chỉnh cả điện áp. Đối với hệ truyền động biến tần nguồn áp ­ động cơ thường có yêu cầu đảm bảo khả năng quá tải về mô men không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ. Mô men cực đại mà động cơ sinh ra chính là mô men tới hạn Mth, khả năng quá tải về mô men được quy định bằng hệ số quá tải mô men M: M = Mth/M Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato Rs (coi Rs =0) thì từ (5.53) có thể tính được mô men tới hạn như sau: Mth = 2 2 2 2 2 o s rs m U LL L  = K( o sU  )2 (5.55) Điều kiện để giữ hệ số quá tải không đổi là: M = M Mth = Mthđm/Mđm (5.56) Thay (5.53) vào (5.54) và rút gọn ta được: ® ® ® s s m o o m th m U U M M   (5.57) M 0 1 /0 Chế độ ĐC Chế độ MF M Mthđm Mth Mc() U,f U đm,f đm  0đm  đm 0  Hình 5.14: Xác định khả năng quá tải về mômen Hình 5.13 Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 115 Đặc tính cơ gần đúng của các máy sản xuất có thể viết như sau: Mc = Mđm( mo o   )x (5.58) Từ (5.57) và (5.58) rút ra được luật điều chỉnh tần số ­ điện áp để có hệ số quá tải về mô men không đổi: 1 2 ® ® ( ) x s o s m o m U U     = 1 2 ® ( ) x s s m f f  (5.59) hay ở dạng tương đối: )/x*(s * s fu 21 4.6.2.2. Các bộ biến đổi tần số - điện áp : Sơ đồ nguyên lý mạch lực của một bộ biến tần nguồn áp trên hình 5.15 bao gồm bốn khối chức năng chính: nguồn điện một chiều NMC, mạch lọc F, nghịch lưu độc lập nguồn áp NL, và động cơ KĐB. Nguồn một chiều và mạch lọc tạo ra điện áp một chiều có giá trị điều chỉnh được, nghịch lưu gồm 6 van bán dẫn S1, S2, ..., S6 và cần 6 và không điều khiển D1, D2, ..., D6. Các khoá nghịch lưu được đóng cắt theo thứ tự nhất định (hình 5.16a) tạo thành điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động cơ, góc dẫn của các khoá là 180o, thời điểm các khoá S1, S3, S5 và S2, S4, S6 bắt đầu dẫn lệch nhau 120 o, do đó điện áp ra của nghịch lưu cũng lệch nhau về thời gian là 120o. Điện áp dây của nghịch lưu có dạng xung chữ nhật với độ rộng là 120o và thoả mãn điều kiện phân tích thành chuỗi điều hoà: uab = )tksin(. k cos k u e k d 66 132 1        (5­60) Thành phần điều hoà cơ bản của (5.60) có biên độ: 1 abmU =  32 ud = 1,103ud (5.61) UđkU Ud Ud/2 Ud/2 Id UaN D4 D6 D2 D3 D5 D1 S1 S3 S5 S4 S6 S2 ia ua a b c Hình 5.15: Sơ đồ nguyên lí biến tần nguồn áp C0 Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 116 và có giá trị hiệu dụng là: 1abU =  6 ud = 0,78ud (5.62) Giá trị hiệu dụng của chuỗi (5.60) là: Uab = 3 6 ud = 0,816ud (5.63) Biên độ tầng sóng hài thứ k:   k Ukabm 32 ud (5.64) Đồ thị điện áp pha của động cơ có dạng bậc thang, tại thời điểm các khoá chuyển mạch thì điện áp pha có đột biến nhảy cấp, giá trị từng cấp được xác định như hình 5.16b. Dòng điện của động cơ là ghiệm của phương trình vi phân mô tả động cơ được giải ở từng đoạn, khi điện áp pha không đổi. Dũng điện có dạng xoay chiều như hỡnh dưới. Hình 5.16: Nguyên lí tạo điện áp xoay chiều 3 pha a) Luật đóng cắt khoá S; b) Đồ thị đIện áp dây và pha. S1 t t S2 S3 S4 S5 S6  2 t t t t Ua Uab 0 2Ud/3 0 Ud 0 0 UbN UaN Ud/2 Ud/2 Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 117 Hình 5.17: Đồ thị dòng điện và khoảng dẫn của các van Các khóa Si (i = 16) là các khoá bán dẫn, ở các truyền động điện cộng suất nhỏ thường dùng các tranzitor, ở các truyền động điện công suất lớn thường dùng các van thyristor, khi này việc khoá các van được thực hiện bằng các mạch đặc biệt như dùng tụ điện và các Thyristor phụ, ... Thời gian gần đây có sử dụng các van bán dẫn khoá được bằng xung điều khiển GTO. Giá trị điện áp động cơ được điều chỉnh hoặc bằng cách điều chỉnh biên độ điện áp một chiều qua chỉnh lưu điều khiển hoặc bộ băm xung áp (hình 5.18a). Điện áp cũng có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh thời gian đóng của các khoá Si (hình 5.18b) hoặc bằng điều chế độ rộng xung bằng chính nghịch lưu (hình 5.18c,d). Phương pháp sau được sử dụng rộng rãi nhất là ở các truyền động công suất nhỏ do có ưu điểm là vừa điều chỉnh được biên độ điện áp vừa làm "sin" hoá được điện áp đặt vào động cơ. Với số lượng các xung có độ rộng thích hợp, phương pháp điều chế độ rộng xung có thể làm triệt tiêu các sóng hài bậc cao. t t t 0 uab ua 0 0 ia  2 S1,S6 S1,D3 S3,S4 S4,D6 D3 D4 D1 D6 Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 118 T/2 T/2 t t 0 u 0 u 0 u 0 u t t a) b) c) d) Hình 5.17: Các phương pháp điều chỉnh điện áp nghịch lưu tần số - điện áp. a) điều chỉnh biên độ; b) điều chỉnh độ rộng xung; c) điều chỉnh độ rộng bằng điều chế 1 cực tính; d) điều chế 2 cực tính. Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 119 Bài 5: CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN * Mục đích Sinh viên cần nắm được các bước để thực hiện tính chọn công suất cho động cơ, phân biệt được yêu cầu tính chọn cho động cơ để đạt được các yêu cầu cả về kinh tế cũng như kỹ thuật. * Tóm tắt nội dung Cung cấp cho sinh viên nội dung về: ­ Tính chọn công suất độn cơ cho hệ thống truyền động điện không điều chỉnh tốc độ ­ Tính chọn công suất độn cơ cho hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 120 5.1. KHÁI NIỆM CHUNG 5.1.1. Khái niệm: Muốn hệ thống truyền động điện tự động làm việc đúng các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và an toàn, cần chọn đúng động cơ điện. Nếu chọn động cơ không phù hợp, công suất động cơ quá lớn, sẽ làm tăng giá thành, giảm hiệu suất truyền động và giảm hệ số công suất cos . Ngược lại, nếu chọn động cơ có công suất quá nhỏ so với yêu cầu thì có thể động cơ không làm việc được hoặc bị quá tải dẫn đến phát nóng quá nhiệt độ cho phép gây cháy hoặc giảm tuổi thọ động cơ. Khi chọn động cơ phải căn cứ vào trị số và chế độ làm việc của phụ tải; phải xét đến sự phát nóng của động cơ khi làm việc bình thường cũng như khi bị quá tải. 5.1.2. Các chỉ tiêu chất lượng . 5.1.2.1. Chỉ tiêu kĩ thuật: Động cơ được chọn phải thích ứng với môi trường làm việc. Tuỳ theo môi trường: khô, ướt, sạch, bẩn, nóng, lạnh, hoá chất ăn mòn, dễ nổ,... mà chọn các động cơ kiểu: hở, kín, chống nước, chống hoá chất, chống nổ, nhiệt đới hoá, ... Động cơ được chọn phải thoả mãn điều kiện phát nóng khi làm việc bình thường cũng như khi quá tải (đây là điều kiện cơ bản): đc  cp hay t 0 đc  t 0 cp (tocp phụ thuộc vật liệu chế tạo và kết cấu từng loại động cơ) Động cơ được chọn phải đảm bảo tốc độ yêu cầu: tốc độ định mức, có điều chỉnh tốc độ hay không, phạm vi điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh trơn hay điều chỉnh có cấp. Chọn loại động cơ thông dụng hay động cơ có điều chỉnh tốc độ. Chọn loại động cơ xoay chiều hay động cơ một chiều,... Động cơ được chọn phải đảm bảo khởi động, hãm, đảo chiều, ... tốt. 5.1.2.2. Chỉ tiêu kinh tế: Động cơ được chọn phải làm việc với hiệu suất kinh tế cao, vốn đầu tư nhỏ, chi phí vận hành ít, bảo quản và sửa chữa thấp, sử dụng hết công suất, ... 5.2. PHƯƠNG TRÌNH PHÁT NÓNG VÀ LÀM NGUỘI MÁY ĐIỆN. Trong quá trình làm việc, động cơ phát sinh tổn thất công suất P : P = P1 – P2 . Trong đó: P1 – công suất lấy từ nguồn P2 – công suất sinh ra trên trục động cơ Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 121 Tổn thất công suất này sinh ra tổn thất năng lượng W: W = ­  t 0 Pdt Tổn thất này sẽ đốt nóng máy điện. Nêu coi động cơ làm việc là vật thể đồng nhất thì trong quá trình làm việc đó tổn thất năng lượng W được chia làm hai thành phần : ­ Thành phần thứ nhất : đốt nóng động cơ ­ Thành phần thứ hai : toả ra môi trường. Do có toả nhiệt ra môi trường xung quanh nên khi làm việc đế thời gian nào đó thì nhiệt độ động cơ đạt đến nhiệt độ ổn định, trạng thái đó gọi là trạng thái cân bằng nhiệt : P.dt = C.d + A..dt (6.1) Trong đó: + :nhiệt sai, là nhiệt lượng chênh lệch giữa máy điện và môi trường 0oC. + C: nhiệt dung của máy điện, là nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của máy điện lên 1oC (J/độ). + A: hệ số tỏa nhiệt (W/độ) phụ thuộc vào tốc độ truyền nhiệt của không khí làm mát máy điện (ở máy điện làm mát cưỡng bức bằng quạt, A phụ thuộc vào tốc độ quay). Giải phương trình (6.1) ta được:  = bđ + [ôđ ­ bđ](1 ­ ­ t Ce ) (6.2) Trong đó: bđ là nhiệt sai ban đầu  là nhiệt sai ổn định:  = P/A  là hằng số thời gian phát nóng (giây). Phương trình (6.2) được gọi là phương trình phát nóng và làm lạnh của máy điện. Trên hình 6.1 đồ thị biểu diễn quá trình phát nóng và làm lạnh của máy điện khi tổn thất P tăng nhảy cấp. Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 122 a) Phát nóng từ nhiệt độ môi trường [bđ = 0]:  =ôđ (1- dm t - e τ ); o)dt d ( υ =    bd dm b) Phát nóng từ nhiệt độ có [bđ  0]:  =bđ+(ôđ -bđ)(1- dm t e  ­ ); o)dt d ( υ = ­     od bd dm c) Nguội lạnh đến nhiệt độ môi trường:ôđ = 0;  =bđ (1- dm t - e τ ); o o ) dt d ( υ =- bd dm    d) Nguội lạnh đến nhiệt độ có [ôđ  0]: tương tự như trường hợp b) 5.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG HỆ TĐĐ. Căn cứ vào đường cong phát nóng và làm lạnh của máy điện, người ta chia chế độ làm việc của động cơ điện như sau: chế độ dài hạn, chế độ ngắn hạn và chế độ ngắn hạn lặp lại.  P ,   0,632 P = 0 0 đm P 0 ,9 5   3đm t đm P = 0 0, 36 8  0 (0) 3đm t 0 (­o) =0 (­  P ,   P = 0 0 đm P 0, 95 (   ­   o ) 3đm t đm P = 0 0, 36 8(   ­  (0 )) 0 (0) 3đm t (d)  0, 95 (  ­   o )   P ,  P  (c) (a) (b) Hình 6.1. Quá trình phát nóng và nguội lạnh máy điện Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 123 5.3.1. Chế độ làm việc dài hạn: Do phụ tải duy trì trong thời gian dài nên nhiệt độ động cơ đủ thời gian đạt trị số ổn định. 5.3.2. Chế độ làm việc ngắn hạn: Được định nghĩa là chế độ làm việc mà thời gian làm việc ngắn chưa đủ để nhiệt độ động cơ đạt đến nhiệt sai ổn định thì động cơ lại nghỉ. Thời gian nhỉ của động cơ đủ dài để nhiệt độ động cơ đạt đến nhiệt độ môi trường. Ví dụ: động cơ truyền động cửa xả đập nước, ... 5.3.3. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại: Phụ tải có tính chất chu kỳ, thời gian làm việc và thời gian nghỉ xen kẽ nhau. Nhiệt độ động cơ chưa tăng đến giá trị ổn định thì được giảm do mất tải, nhiệt độ động cơ chưa giảm về giá trị ban đầu thì lại tăng lên do có tải. Ví dụ: cầu trục, thang máy, các cơ cấu nâng hạ, Đặc trưng cho chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại người ta đưa ra khái niệm hệ số đóng điện tương đối. % = lv ck t T 100% (6.3) Đồ thị phụ tải và đường cong phát nóng của động cơ được biểu diễn như hình dưới: Trong đó: tlv : thời gian làm việc có tải. tn : thời gian làm việc không tải. Tck : thời gian của một chu kỳ làm việc: Tck = tlv + tn P Pc  ôđ 0 t P Pc  t tlv P Pc  t tlv Tck tn Pc Pc (a) (b) (c) Hình 6.2. Phân loại các chế độ làm việc của truyền động điện. (a) Dài hạn (b) Ngắn hạn (c) Ngắn hạn lặp lại tlv Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 124 5.4. CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TĐĐ KHÔNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ. Để chọn công suất động cơ ta cần biết đồ thị phụ tải Mc(t) và Pc(t) đã quy đổi về trục động cơ và giá trị tốc độ yêu cầu. Từ biểu đồ phụ tải, ta tính chọn sơ bộ động cơ theo công suất, tra trong sổ tay tra cứu ta có đầy đủ các tham số của động cơ. Từ đó, tiến hành xây dựng đồ thị phụ tải chính xác (trong các chế độ tĩnh, khởi động và hãm). 5.4.1. Chọn công suất động cơ làm việc cho tải dài hạn. Đối với phụ tải dài hạn có loại không đổi (hình 6.3a), có loại biến đổi (hình 6.3b). 5.4.1.1. Phụ tải dài hạn không đổi Động cơ cần chọn phải có công suất định mức Pđm  Pc phù hợp với tốc độ yêu cầu. Thông thường Pđm = (11,3).Pc. Trong trường hợp này việc kiểm nghiệmđộng cơ đơn giản: không cần kiểm nghiệm động cơ về quá tải mô men nhưng cần phải kiểm nghiệm điều kiện khởi động và phát nóng. 5.4.1.2. Phụ tải dài hạn biến đổi Để chọn được động cơ phải xuất phát từ đồ thị phụ tải tính ra giá trị trung bình của mô men hoặc công suất. Mtb =   n i n ii t tM 0 0 ; Ptb =   n i n ii t tP 0 0 ; Itb = 0 0 n i i n i I t t   (6.4) Động cơ được chọn phải có: Mđm = (11,3)Mtb; Pđm = (11,3)Ptb Điều kiện kiểm nghiệm: kiểm nghiệm phát nóng, quá tải về mô men và khởi động. Mc Pc t t 0 t1 t2 t3 t4 ... tn t0 t1 tck M1 M2 M3 Mn m M1 M2 Mc Pc 0 (a) (b) Hình 6.3. Đồ thị phụ tải: a) Phụ tải dài hạn không đổi; b) Phụ tải dài hạn biến đổi. Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 125 5.4.2. Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn. Trong chế độ làm việc ngắn hạn có thể sử dụng động cơ dài hạn hoặc động cơ chuyên dùng cho chế độ ngắn hạn. Biểu đồ phụ tải ngắn hạn tính tại trục động cơ được trình bày trên hình 6.4. 5.4.2.1. Chọn công suất động cơ dài hạn làm việc ở chế độ ngắn hạn. Giả thiết động cơ dài hạn được chọn có công suất định mức Pđm và mô men định mức Mđm. Trong chế độ ngắn hạn với thời gian tlv có thể tăng công suất phụ tải đến giá trị Plv = xPđm hay Mlv = xMđm, khi đó phải tính toán thời gian làm việc sao cho phát nóng động cơ đạt giá trị cho phép. cp = dm dm A P = dm dmdm A VK  (6.5) Trong đó: Kđm : tổn thất định mức bất biến. Vđm: tổn thất định mức biến đổi. Giá trị phát nóng ổn định kho động cơ làm việc với công suất Plv là: ’ôđ = dm lv A P = dm dmdm A VxK 2 (6.6) Xuất phát từ đường cong phát nóng (t), có thể xác định max = cp = ’ôđ(1­ T t - lv e ) (6.7) Đồng thời ta đặt  = Kđm/Vđm và x = M/Mđm, sau khi biến đổi tìm được mô men Mlv cho phép trong thời gian tlv Mlv = Mđm γ γ ­ + ­ T/t lve-1 1 (6.8) Giá trị Mlv tìm được không vượt quá giá trị cho phép theo đ.kiện quá tải về mô men của động cơ. Từ biểu thức (6.8) tìm được thời gian làm việc với Mlv. tlv =1/T = 22 2 đmlv lvđm MM MM  (6.9) Nếu phụ tải biến đổi như trên hình 6.5 thì giá trị mô men được tính bằng công thức đẳng trị: Mđm = lv n3 2 n2 2 21 2 1 t tMtMtM ++ (6.10) Để chọn công suất động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn ta phải dựa vào công suất làm việc yêu cầu Plv và giả thiết hệ số quá tải công suất x để chọn sơ Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 126 bộ động cơ dài hạn. Từ đó có thể xác định được thời gian làm việc cho phép của động cơ vừa chọn. Việc tính chọn đó được tính lặp nhiều lần sao cho tlv tt  tlv yc. 5.4.2.2. Chọn công suất động cơ ngắn hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn. Động cơ ngắn hạn được chế tạo có thời gian làm việc tiêu chuẩn là 15, 30, 60, 90 phút. Như vậy, ta phải chọn tlv = tchuẩn và công suất động cơ Pđm chọn Plv hay Mđmchọn  Mlv. Nếu t  tchuẩn thì sơ bộ chọn động cơ có tchuẩn và Pđm gần với giá trị tlv và Plv. Sau đó xác định tổn thất động cơ Pđm với công suất định mức Pđm và Plv với Plv. Nguyên tắc chọn động cơ là: Pđm  T t - T t ch lv e - 1 e -1 Plv (6.11) Đồng thời tiến hành kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quá tải về mô men và mô men khởi động cũng như điều kiện phát nóng. 5.4.3. Chọn công suất động cơ cho phụ tải ngắn hạn lặp lại. Biểu đồ phụ tải ngắn hạn lặp lại được trình bày trên hình 6.6. Sau một thời gian, nhiệt sai động cơ sẽ ổn định với hai giá trị min và max. Cũng tương tự như trong trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta có thể chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hoặc chọn động cơ chuyên dụng cho phụ tải ngắn hạn lặp lại. Hình 6.4. Đồ thị phụ tải ngắn hạn không đổi và đường cong phát nóng nguội lạnh của động cơ ở chế độ ngắn hạn. Đường (1): Pđm=Plv; Đường (2): Pđm<Plv P ’ôđ ôđ (2) (1) tlv t0 Pnh t1 t2 t3 tlv Pđt P1 P2 t Pc Hình 6.5. Đồ thị phụ tải ngắn hạn biến đổi Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 127 5.4.3.1. Chọn công suất động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại. Thông thường động cơ dài hạn được chọn ở công suất Pđm  Plv để tận dụng hết khả năng phát nóng cho phép của động cơ. Do đó, hệ số quá tải về nhiệt độ được tính:  = đm lv P P   = ôđ/đm (6.12) Trong đó: ôđ và đm được đ.nghĩa như (6.6) và (6.7) Xuất phát từ đường cong phát nóng ta có:  = max ' v vod   =   / / 1 1 ' lv lv t t e e     (6.13) Trong đó:  ­ hằng số thời gian phát nóng ĐC. ’ = tolv lv t t  và 0    Với  là hệ số xét đến điều kiện làm mát bị xấu đi trong thời gian nghỉ t0 ( =0,5 đối với máy 1 chiều,  =0,25 đối với máy KĐB). Để chọn được động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, ta dựa vào đồ thị phụ tải để có plv yêu cầu tlv, t0 từ đó chọn sơ bộ công suất động cơ để có , 0 để tính ’ và cuối cùng là . Sử dụng phương pháp tính lặp lại sao cho Plv/  Pđm của động cơ chọn thì kết thúc quá trình chọn. 5.4.3.2. Chọn công suất động cơ ngắn hạn lặp lại cho phụ tải ngắn hạn lặp lại Động cơ ngắn hạn lặp lại được chế tạo chuyên dụng có độ bền cơ khí cao, quán tính nhỏ (để đảm bảo chế độ khởi động và hãm thường xuyên) và khả năng quá tải lớn. Đồng thười được chế tạo chuẩn với thời gian đóng điện % = 15%, 25%, 40% và 60%. tiv Tck o  Pn Pn P  «® max min t to 0 H×nh 6.6. §å thÞ phô t¶i ng¾n h¹n lÆp l¹i kh«ng ®æi vµ ®­êng cong ph¸t nãng nguéi l¹nh cña ®éng c¬ Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 128 Động cơ được chọn cần có hai tham số: Pđm chọn  Plv và %đm chọn phù hợp với % làm việc Trong trường hợp %lv không phù hợp với %đm chọn thì cần hiệu chỉnh lại công suất định mức theo công thức: Pđm chọn = Plv % chän m® % lv ε ε (6.15) Trong trường hợp phụ tải biến đổi như trên hình (6.7) thì ta phải sử dụng các công thức tính các đại lượng đẳng trị: Pđt =   i n ii t tP 0 2 (6.16) %đt =   0ii i tt t (6.17) Sau đó phải kiểm tra về mô men quá tải, mô men khởi động và phát nóng. 5.5. CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TĐĐ CÓ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ. Để tính công suất động cơ trong trường hợp này cần có những yêu cầu cơ bản sau: ­ Đặc tính phụ tải Pyc(), Myc() và đồ thị phụ tải Pc(t), Mc(t), (t). ­ Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D = max/min ­ Loại động cơ sử dụng (một chiều hoặc xoay chiều). ­ Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động. Hai yêu cầu trên nhằm xác định những tham số Pycmax và Mycmax. Ví dụ đối với phụ tải truyền động yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh, P = const (hình 6.9a). Ta có công suất yêu cầu cực đại Pmax = Pđm= const, nhưng mô men yêu cầu cực đại lại phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh: Mmax = Pđm/min. Hình 6.7. Đồ thị công suất và mô men cản tĩnh của truyền động điện điều chỉnh với Mc = const (a) và Pc = const (b) max  0 min Mc Pc PCmax Mc, Pc max  0 min Mc Pc MCmax Mc, Pc (a) (b) Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 129 Đối với phụ tải truyền động yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh, M = const (hình 6.9b), ta có công suất yêu cầu cực đại: Pmax = Mđm.max Hai yêu cầu về loại động cơ rất quan trọng. Nó xác định kích thước công suất lắp đặt truyền động, vì hai yêu cầu này cho biết hiệu suất truyền động và đặc tính điều chỉnh Pđc(), Mđc() của truyền động. Thông thường các đặc tính này phù hợp với đặc tính phụ tải yêu cầu Pyc(), Myc() (hình 6.10). Tuy vậy có trường hợp người ta thiết kế hệ truyền động có đặc tính điều chỉnh không phù hợp chỉ vì mục đích đơn giản cấu trúc điều chỉnh. Ví dụ: đối với tải P = const, khi sử dụng động cơ một chiều phương pháp điều chỉnh thích hợp là điều chỉnh từ thông kích từ. Nhưng ta dùng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng thì khi tính chọn công suất động cơ cần phải xét yêu cầu Mmax (hình 6.11). Vậy công suất động cơ lúc đó không phải là Pđm = Pyc mà: Pđm = Mmaxmax = Pycmax/min = D.Pyc (6.18) Như vậy công suất lắp đặt sẽ lớn hơn D so với Pyc. Mặt khác việc tính chọn công suất động cơ còn phụ thuộc vào phương pháp điều chỉnh tốc độ, chẳng hạn cùng một loại động cơ không đồng bộ, mỗi phương pháp điều chỉnh tốc độ khác nhau có đặc tính hiệu suất truyền động khác nhau, phương pháp điều chỉnh điện áp dùng thyristor có hiệu suất rất thấp so với phương pháp điều chỉnh tần số dùng bộ biến đổi Thyristor. Vì vậy, khi tính chọn công suất động cơ bắt buộc phải xét tới tổn thất công suất P và tiêu thụ công suất phản kháng Q trong suốt dải điều chỉnh. Do vậy, việc tính chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ cần phải gắn với mọt hệ truyền động chọn trước để có đầy đủ các yêu cầu cơ bản cho việc tính chọn. Hình 6.8. Đặc tính điều chỉnh Pđc, Mđc phù hợp với tải. max  0 min Mđc Pyc Mcma x P,M Myc P Pđc max  0 min Pyc Mcma x P,M Myc P Pđc Pđ=Pmax=Mmaxmax Hình 6.9. Đặc tính điều chỉnh không phù hợp với tải. Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 130 5.6. KIỂM NGHIỆM CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ. Việc tính chọn công suất động cơ ở các phần trước được coi là giai đoạn chọn sơ bộ ban đầu. Để khẳng định việc tính chọn đó là chấp nhận được cần phải kiểm nghiệm lại việc tính chọn đó. Yêu cầu kiểm nghiệm việc tính chọn công suất động cơ gồm có: ­ Kiểm nghiệm phát nóng:   cp. ­ Kiểm nghiệm quá tải về mô men: MđmĐC > Mc max. ­ Kiểm nghiệm mô men khởi động: MkđĐC  Mc mở máy. Ta thấy rằng việc kiểm nghiệm theo yêu cầu quá tải về mô men và mô men khởi động có thể thực hiện dễ dàng. Riêng yêu cầu về kiểm nghiệm về phát nóng là khó khăn, không thể tính toán phát nóng động cơ một cách chính xác được. Tuy vậy, gần đúng có thể sử dụng các phương pháp kiểm nghiệm phát nóng gián tiếp thông qua các đại lượng điện. 5.6.1. Kiểm nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp tổn thất trung bình. Xuất phát từ biểu thức: i = A P i Δ (1 ­ τ t - e ) + bđi τ t - e (6.19) Thay thế các giá trị tổn thất công suất Pi ở các giai đoạn vào (6.19) và tính toán gần đúng ta có tổn thất trung bình: Ptb= i21 ii2211 t...tt tP...tPtP +++ Δ++Δ+Δ Như vậy ta có điều kiện kiểm nghiệm, nếu: Ptb  PđmĐC (7.20) t1 t2 t3 t4 t5 P1 P2 P3 P4 P5 2 3 1 P Pc 0 0  t (a) (b) Hình 6.10. Đường cong hiệu suất của động cơ (a), đồ thị phụ tải; (b) và cách xác định  Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 131 Khi đó động cơ được chọn thoả mãn điều kiện phát nóng. Việc tính Pi, dựa vào đồ thị P(t) và (t) của động cơ (hình 6.12) và PđmĐC được xác định theo công thức: PđmĐC = Pđm dm dm 1-   (6.21) Đối với động cơ có quạt gió tự làm mát trong biểu thức (6.20) phải tính đến khả năng suy giảm của truyền nhiệt khi dừng máy, khi khởi động và hãm. ta có: Ptb =      lvk ii ttt tP 0 (6.22) Trong đó:  ­ hệ số giảm truyền nhiệt khi khởi độngvà hãm:  = 0,75 đối với động cơ một chiều và  = 0,5 đối với động cơ xoay chiều. tk ­ thời gian khởi động và hãm. 5.6.2. Kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo đại lượng dòng điện đẳng trị. Xuất phát từ biểu thức: P = K + V = K + bI2 (6.23) Trong đó: + K là tổn thất không đổi, + V là tổn thất biến đổi, V = bI2, + b là hệ số. Như vậy tương đương với biểu thức Ptb ta có biểu thức dòng điện đẳng trị: Iđt =      lvok i n i ttt tI  0 2 (6.24) Điều kiện kiểm nghiệm: Iđt  IđmĐC. Để tính toán giá trị Iđặc tính ta phải tính quá trình quá độ. Giả thiết ta có kết quả tính dòng điện i(t) có dạng đường dòng điện là liên tục (hình 6.13). Dùng phương pháp bậc thang để xác định Ii và ti. Trong trường hợp đường cong dòng điện có dạng tăng trưởng lớn (hình 6.14) ta dùng công thức tính gần đúng: Ii = di ciI I +I 2/3 (6.25) Trong đó Iđi, Ici xác định theo đồ thị trên hình 6.15. Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 132 5.6.3. Phương pháp mô men đẳng trị Phương pháp kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng gián tiếp là mô men được suy ra từ phương pháp dòng điện đẳng trị, khi mô men tỷ lệ với dòng điện M = C.I (C là hệ số tỷ lệ). Đối với động cơ một chiều điều kiện này được thoả mãn khi từ thông động cơ không đổi. Đối với động cơ xoay chiều không đồng bộ: M = CmI22cos2 (6.26) Ta cần phải có 2 = const và cos2 = const (gần tốc độ định mức của ĐC). Công thức kiểm nghiệm: Mđộng cơ  Mđt (6.27) Mđt = ∑ n 0 i 2 i ck tM T 1 (6.28) 5.6.4. Phương pháp công suất đẳng trị Trong truyền động tốc độ ít thay đổi thì P ~ M, do vậy có thể dùng đại lượng công suất đẳng trị để kiểm nghiệm phát nóng: Pđộng cơ  Pđt (6.29) Pđt = ∑ n 1 i 2 i ck tP T 1 (6.30) Trong thực tế giản đồ phụ tải, tốc độ truyền động sẽ thay đổi lớn trong quá trình khởi động và hãm. t1 t5 t9 t I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 i t1 t2 t3 t4 t5 i I1 I2 I3 I4 I5 Hình 6.11: Đồ thị I = f(t) dạng đường cong liên tục Hình 6.12: Đồ thị I = f(t) dạng đường cong gãy khúc 2 1 Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 133 MỤC LỤC Bài 1: CÁC ĐẶC TÍNH CƠ VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN. ............................................................................................................................................ 1 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG ............................................................................................... 1 1.2. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP ........... 2 1.2.1. Sơ đồ và đặc điểm .............................................................................................. 2 1.2.2. Phương trình đặc tính cơ ..................................................................................... 3 1.2.3. Ảnh hưởng của các thông số đối với đặc tính cơ ................................................ 5 1.2.4. Cách dựng đặc tính cơ ........................................................................................ 8 1.2.5. Khởi động và tính toán điện trở khởi động ........................................................ 11 1.2.6. Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm ................................................................. 15 1.3. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP ......... 21 1.3.1. Sơ đồ và phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ. ......................................... 21 1.3.2. Cách dựng đặc tính cơ điện, đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo............................ 23 1.3.3. Khởi động và tính điện trở khởi động................................................................ 25 1.3.4. Các trạng thái hãm ............................................................................................ 27 1.4. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ........................................... 29 1.4.1. Các đặc tính ...................................................................................................... 29 1.4.2. Ảnh hưởng của các thông số tới đặc tính cơ ...................................................... 33 1.4.3.Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ biến trở .......................................... 36 1.4.4. Khởi động và xác định điện trở khởi động ........................................................ 38 1.4.5. Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm ................................................................. 39 1.5. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ ......................................................... 43 1.5.1. Các đặc tính ...................................................................................................... 43 1.5.2.Khởi động và hãm ĐC ĐB ................................................................................. 45 Bài 2:ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ..................................................... 47 2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ................................................ 47 2.2. CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ........ 47 Bài 3: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ........................................ 52 3.1. KHÁI NIỆM CHUNG ............................................................................................. 52 3.2. NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG ............................................. 53 3.3. NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH PHẦN ỨNG .............................. 56 3.4. NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH TỪ THÔNG ĐỘNG CƠ ........................................... 57 3.5. HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY PHÁT ­ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU (F ­ Đ) .... 59 3.5.1. Sơ đồ hệ F ­ Đ và các đặc tính cơ bản. ............................................................. 59 3.5.2. Các chế độ làm việc của hệ F ­ Đ. .................................................................... 61 3.5.3 Đặc điểm của hệ F ­ Đ. ..................................................................................... 64 3.6. HỆ THỐNG CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN DÙNG TIRISTOR ­ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP (HỆ T ­ Đ) ....................................................................... 64 3.6.1. Hệ thống truyền động điện T ­ Đ đặc trưng ...................................................... 64 3.6.2. Các chế độ làm việc và các quá trình xảy ra trong hệ T ­ Đ ............................... 66 3.6.3. Đặc tính cơ của hệ thống truyền động điện T ­ Đ ............................................. 69 3.6.4. Hệ thống truyền động T ­ Đ một chiều đảo chiều quay...................................... 75 3.6.5. Các hệ thống truyền động điện điều chỉnh xung áp – động cơ điện một chiều kích từ độc lập ( XA – Đ) ................................................................................................... 85 3.6.6. Ưu điểm, nhược điểm của hệ xung áp – động cơ một chiều ............................... 93 Bài 4: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ...................................... 95 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG .............................................................................................. 96 4.2. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ĐỘNG CƠ ....................................................................... 96 4. 3. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH RÔTO .............................................................. 98 4.4. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TRƯỢT. .................................................................... 99 4.5. ĐIỀU CHỈNH SỐ ĐÔI CỰC. ................................................................................ 103 Trường cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình Truyền động điện 134 4.5.1. Nguyên lý điều chỉnh. ..................................................................................... 103 4.5.2. Các động cơ đa tốc và sơ đồ đổi nối thực tế. .................................................. 104 4.6. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ NGUỒN CẤP CHO ĐỘNG CƠ ..................................... 107 4.6.1. Mô tả động cơ KĐB dưới dạng các đại lượng véc tơ ....................................... 107 Chế độ MF ................................................................................................................... 114 4.6.2. Điều chỉnh tần số ­ điện áp.............................................................................. 114 Hình 5.16: Nguyên lí tạo điện áp xoay chiều 3 pha ....................................................... 116 Bài 5: CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN ................................................................ 119 5.1. KHÁI NIỆM CHUNG ......................................................................................... 120 5.1.1. Khái niệm: ...................................................................................................... 120 5.1.2. Các chỉ tiêu chất lượng . ................................................................................. 120 5.2. PHƯƠNG TRÌNH PHÁT NÓNG VÀ LÀM NGUỘI MÁY ĐIỆN. ....................... 120 5.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG HỆ TĐĐ. ............... 122 5.3.1. Chế độ làm việc dài hạn: ................................................................................. 123 5.3.2. Chế độ làm việc ngắn hạn: .............................................................................. 123 5.3.3. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại: ................................................................... 123 5.4. CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TĐĐ KHÔNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ. .................................................................................................................................... 124 5.4.1. Chọn công suất động cơ làm việc cho tải dài hạn. ........................................... 124 5.4.2. Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn. .................................................... 125 Hình 6.5. Đồ thị phụ tải ................................................................................................... 126 ngắn hạn biến đổi ............................................................................................................ 126 5.4.3. Chọn công suất động cơ cho phụ tải ngắn hạn lặp lại. ..................................... 126 5.5. CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TĐĐ CÓ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ. .......... 128 5.6. KIỂM NGHIỆM CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ. ........................................................ 130 5.6.1. Kiểm nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp tổn thất trung bình. ........ 130 5.6.2. Kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo đại lượng dòng điện đẳng trị. .............. 131 5.6.3. Phương pháp mô men đẳng trị ........................................................................ 132 5.6.4. Phương pháp công suất đẳng trị ...................................................................... 132