Giao trinh ly thuyet Truyen Dong Dien

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.23:Sơ đồ nguyên lý điều khiển điện áp động cơ không đồng bộ ba pha. Hình 3.24: Đặc tính cơ điều khiển điện áp động cơ không đồng bộ ba pha.  Rf =0 䁞䁞 (3-40) tth (3-41)  Rf ≠ 0 䁞 (3-42) 䁞䁞 (3-43) tth t Trang 101

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Ưu điểm của phương pháp điều khiển là tính đơn giản. Phạm vi điều khiển vận tốc: phạm vi điều chỉnh vận tốc bằng cách điều khiển điện áp stator tương đối hẹp. Do đó, phạm vi điều khiển vận tốc rộng hơn chỉ có ý nghĩa đối với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. Điện trở phụ mạch rotor hoặc có giá trị cố định hoặc điều khiển thay đổi nhảy cấp (2 hoặc 3) hoặc thay đổi nhuyễn. Để bảo vệ động cơ chạy quá tải, truyền động có trang bị mạch điều chỉnh dòng điện. Gọi I’2 max là dòng điện cực đại cho phép qua mạch rotor qui đổi sang stator, phạm vi điều khiển vận tốc động cơ có thể thiết lập bởi hàm quan hệ (s,MMax) như sau: 䁞㠮 䁞㠮 䁞㠮 (3-44) 䁞㠮 (3-45) Khi Rf≠ 0 thì ta có: (3-46) 䁞 䁞㠮 䁞㠮 Mặt khác, tải quạt gió: 䁞 t đt 䁞 (3-47) Nếu bỏ qua dóng từ hóa thì I’2=I1, ta dễ dàng chứng minh được: (3-48) 䁞 đ đ䁞 đ Tỉ số này cực đại khi: s=1/3 Ta có: 䁞㠮 (3-49) đ đ䁞 đ Ví dụ 3.5: Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, stator dạng tam giác 2,8kW,400V,50Hz, 4 cực,1370 vòng/phút. Thông số động cơ R1=2 ;R’2=5 ;X1=X’2 =5 ;Xm=80 .Điều khiển vận tốc động cơ bằng cách thay đổi điện áp stator. Cho rằng động cơ kéotải là máy quạt với độ lớn mômen quan hệ với vận tốc theo cơng thức M=C(1-s)2, C=K12. Hãy xác định: a. Điện áp động cơ, dòng điện và mômen khi vận tốc động cơ bằng 1200v/ph; b. Vận tốc động cơ, mômen khi áp stator bằng 300V. Hướng dẫn: Trang 102

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi 䁞 䳌 䳌 䳌 䳌䳌 tò 䂮  hút 䳌 䳌䳌 䁞  䳌 䳌䳌 䳌 䳌䳌 䳌 䳌홦 䳌䳌 48.17N.m 䁞 䳌 䳌홦 䳌 䳌홦 䁞 䳌 Mặt khác: M=C(1-s)2 ta có: 48.17=C(1-0.0867)2 → C=57.75 Hàm số mômen là: M=57.75(1-s)2 a. Khi n=1200 vòng/phút → s=0.2 M=57.75(1-0.2)2=36.96N.m 䳌 䁞 䳌  䳌䳌 䳌 䳌 䁞䳌 홦 홦 䳌 䳌 䳌  䳌䳌 홦䳌 홦 I1=10.33 A dòng điện dây là: IL= ͳ b. Khi U=300V 䁞䳌 䁞 䁞 䳌䳌 䳌 䁞 Giải ra s=0.147; M=41.94N.m; n=1279 vòng/phút. Trang 103

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi 2. Điều chỉnh điện trở trong mạch rotor Phương pháp này chỉ áp dụng đối với động cơ KĐB rotor dây quấn. Việc thay đổi điện trở phụ Rfcó thể thực hiện bằng cách sử dụng một trong các phương pháp sau: - Phân đoạn các điện trở phụ Rfbằng các bằng các tiếp điểm contactor. - Biến trở 3 pha. - Xung điện trở. Hình 3-22 biểu diễn sơ đồ nguyên lý mạch điện và nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch rotor bằng phương pháp xung. Trong phương pháp xung điện trở sức điện động 3 pha của dây quấn rotor được biến đổi thành điện áp chỉnh lưu nhờ cầu chỉnh lưu 3 pha để cung cấp cho mạch điều khiển gồm điện trở R0 mắc song song với khóa điện tử S. - Khi khóa S ngắt, điện trở phụ trong mạch Rf=R0 - Khi khóa S thông, điện trở phụ trong mạch Rf=0 Trị số trung bình của điện trở tương đương trong mạch một chiều là: 1 T 1 T T  T1 T T T1 T R 0.dt 0  R tb   R 0 .dt  R0  (1  )R 0 (3-50) Công suất tiêu tán trên điện trở là: t䳌 Mặt khác: 䳌 Công suất một pha phía Rotor là: 䳌 tđ tđ 䳌 즙h tt㔴 đ t hí䁞 t䁞t t䁞 ó: tđ 䳌t (3-51) ൭ t 㠮ét đ t 즙há 䂮 ò 䂮 thì tđ 䳌 (3-52) Khóa điện tửSlàm nhiệm vụ thay đổi γ, khi γthay đổi, giá trị điện trở trung bình cũng thay đổi Phương pháp điều chỉnh điện trở (Rf) của mạch điện rotor. - Chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm so với tốc độ định mức. - Tốc độ càng giảm, độ ổn định tốc độ càng kém. - Dải điều chỉnh phụ thuộc vị trí mômen tải. Mômen tải càng nhỏ, dải điều chỉnh càng hẹp. Trang 104

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi - Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ), độ trượt động cơ tăng và tổn hao năng lượng khi điều chỉnh càng lớn Hình 3.25: Sơ đồ nguyên lý điều khiển xung điện trở. Hình 3.26: Điều chỉnh xung điện trở rotor a) Giản đồ xung điều chỉnh b) Các đặc tính cơ khi thay đổi δ Ví dụ 3.6: Cho động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có các tham số sau: 400V; 50Hz; 6 cực; đấu dạng sao R1 = 0,5Ω; R2’ = 0,4Ω; X1 = X2’ = 1,2Ω; Xm = 50Ω. Tỉ số vòng cuộn dây stator và rô-to là 3,5. Vận tốc động cơ được điều khiển bằng phương pháp điều khiển điện trở phụ mạch rô-to dùng bán dẫn . Điện trở phụ được chọn sao cho mô-men cực đại tạo ra khi động cơ ở trạng thái nghĩ (ω =0) tương ứng với tỉ số làm việc của transistor bằng 0. Xác định điện trở phụ thêm vào rô-to Bài giải: 䁞㠮 䁞 Trường hợp có điện trở phụ: Trang 105

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi 䁞㠮 tđ 䳌g tđ 䁞 䳌g g Hay tđ g 䁞㠮 䳌g (1) tđ 䳌g h tg h (2) Kết hợp (1) và (2) ta có phương trình mới: tđ g 䁞㠮 䳌g g h (3) Theo giả thiết: 䁞㠮 khi γ = 0 nên từ (3) ta có: g hg 䳌g h 䳌g Ω 3. Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ Có nhiều phương pháp thay đổi số đôi cực của dây quấn stato: - Đổi sơ đồ nối dây để có số đôi cực khác nhau. Cách này dùng trong động cơ điện 2 cấp tốc độ (Hình 3.27) Hình 3.27: Sơ đồ nguyên đấu thay đổi số đôi cực động cơ không đồng bộ ba pha. - Trong rãnh stato đặt hai dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, thường để đạt hai cấp tốc độ theo tỷ lệ 4 : 3 hay 6 : 5 Trang 106

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi - Trên rãnh stato có hai bộ dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, mỗi bộ dây quấn có thể đổi nối để có số đôi cực khác nhau (dùng trong động cơ có 3 hoặc 4 cấp tốc độ, hình 3.28 Hình 3.28: Sơ đồ cuộn dây của động cơ không đồng bộ ba pha có 2 bộ dây quấn độc lập Với động cơ rôto lồng sóc, rôto có thể thích ứng với mọi số đôi cực của stato, do đó thích hợp với điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực. Phương pháp này được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ rôto lồng sóc. Nguyên lý điều chỉnh xuất phát từ biểu thức: n1  60 f 1 p p: số đôi cực của động cơ Nếu số đôi cực p thay đổi, tốc độ của động cơ cũng thay đổi. Động cơ thay đổi được số đôi cực là động cơ được chế tạo đặc biệt để cuộn dây stator có thể thay đổi được cách nối tương ứng với các số đôi cực khác nhau. Sự tương tác giữa từ thông cuộn dây stator với các thanh dẫn trên cuộn rôto chỉ có thể thực hiện để sinh ra mômen quay khi số đôi cực của statorbằng số đôi cực của rôtor. Điều này khó thực hiện được đối với rôto dây quấn, nhưng rôto lồng sóc có khả năng tự thay đổi số đôi cực tương ứng với stator. Vì vậy phương pháp này chỉ sử dụng cho động cơ rôto lồng sóc và thường sử dụng động cơ hai cấp tốc độ như hình 3.29. Trang 107

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.29: Sơ đồ đấu nối thay đổi số đôi cực.  Trường hợp chuyển từ Y nối tiếp sang Y (YY) song song: Giả thiết khi thay đổi tốcđộηvà cosφ không đổi, khi đó PYY  2 PY Vì khi chuyển từ Y nối tiếp (Y) sang Y song song (YY), sốđôi cực giảmđi ½ (pYY = ½ pY), tốcđộ tăng gấpđôi (ωYY = 2ωY), nên theo quan hệ M P, ta có: MYY  PYY .Y  2PY .Y  1 MY YY .PY 2Y .PY  MYY  MY Hình 3.30:Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực từ YYY. Trang 108

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi  Trường hợp chuyển từ Δ nối tiếp sang Y(YY) song song: Δ Giả thiết khi thay đổi tốcđộηvà cosφ không đổi, khi đó PYY  1 PY Tương tự như trường hợp chuyển từ Y nối tiếp (Y) sang Y song song (YY), thì khi chuyển từΔ nối tiếp sang Y song song (YY)ta có: M YY  PYY .  P .  1 M  YY .P 2 .P 2  M YY  1 M  2 Hình 3.31: Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực từ ΔYY. Nhận xét về ưu và nhược điểm của phương pháp điều chỉnh này: Ưu: - Việc điều chỉnh đơn giản. - Kinh tế, không tiêu hao năng lượng phụ - Độ cứng đặc tính cơ khi điều chỉnh được giữ nguyên. Nhược: - Phạm vi điều chỉnh tốc độ hạn chế - Thay đổi tốc độ theo cấp với độ nhảy cấp khá lớn Phương pháp này sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ trong các máy không cần độ chính xác cao như quạt gió, máy nâng, thang máy.... 4. Điều chỉnh công suất trượt Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ KĐB rotor dây quấn. Khi điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch rotor, công suất trượt Ps=s.Pđtđược tiêu tán trên điện trở phụ mạch rotor. Đối với các hệ thống truyền động điện công suất lớn, tổn hao này rất đáng kể. Do đó, với mục đích vừa điều chỉnh tốc độ động cơ, vừa Trang 109

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng các sơ đồ điều chỉnh công suất trượt, gọi là các sơ đồ nối tầng.Trong các sơ đồ này, bộ biến đổi công suất có nhiệm vụ trả năng lượng trượt về nguồn điện lưới xoay chiều. Có nhiều sơ đồ nối tầng, sau đây là một sơ đồ nguyên lý nối tầng của bộ biến đổi gồm bộ Chỉnh lưu - Nghịch lưu phụ thuộc dùng thyristor, hình 3-26. Hình 3.32: Sơ đồ nguyên lý điều khiển công suất trượt. Trên sơ đồ hình 3.32, sức điện động rotor của động cơ có tần số f2nhỏ hơn tần số lưới điện cung cấp (f1=50Hz > f2)sẽ được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua một điện kháng lọc L cấp cho bộ nghịch lưu phụ thuộc biến đổi thành nguồn điện xoay chiều có giá trị điện áp và tần số bằng với giá trị điện áp và tần số của lưới điện thông qua biến áp trả năng lượng trượt về lưới điện. Khi điều chỉnh góc mở acủa các thyristor trong bộ nghịch lưu, tốc độ động cơ sẽ thay đổi tương ứng. Các giả thiết khi giải tích hệ thống: 1/ Bỏ qua hiện tượng trùng dẫn xảy ra trong cầu chỉnh lưu diode. 2/ Dòng điện Id được xem như liên tục và phẳng. 3/ Mômen động cơ sinh ra do sự tương tác giữa hài bậc 1 của dòng rotor và từ thông trong khe hở không khí giữa stator và rotor. 4/ Tổn hao trên cầu diode và khóa bán dẫn là không đáng kể. 5/ Biến áp được giả thiết là lý tưởng (bỏ qua điện kháng tản tổn hao). 6/ Bỏ qua hiện tượng trùng dẫn trên cầu nghịch lưu. Trang 110

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.33: Sơ đồ thay thế tương đương một pha. Ta có: Điện áp ra bộ chỉnh lưu: t (3-53) (3-54) Điện áp vào bộ nghịch lưu: t Hình 3.34: Sơ đồ thay thế mạch điều khiển công suất trượt. Rtd=sR’1 + R2 + Rd (3-55) Nếu bỏ qua các sụt áp (trên trở kháng động cơ và cuộn kháng lọc), thì ở chế độ xác lập: 䳌 t t t (3-56) t t Như vậy hệ số trượt s phụ thuộc vào góc kích α. Công suất điện từ do động cơ sinh ra là: đt t (3-57) t (3-58) Mômen điện từ: đt đt Trang 111

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi g t t (3-59) t Mômen cơ được tính gần đúng theo công thức sau: (3-60) t Ví dụ 3.7 Cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn có stator đấu dạng sao và có tham số sau: 440V, 50Hz, 970v/ph. Rs=0,1 , R’r=0,08 , Xs=0,3 , X’r=0,4 . Tỉ số vòng cuộn dây stator và rotor là 2. Động cơ được điều khiển trong phạm vi khoảng 25% dưới mức vận tốc đồng bộ. Góc kích được cho phép là 1650. a. Tính tỉ số máy biến áp b. Mômen khi vận tốc động cơ bằng 780v/ph và góc kích =1400. Cho biết điện trở cuộn kháng lọc bằng 0,01. Bài giải: a. Tính Kdq1 t䳌 䳌t tt b. Tính Mômen khi vận tốc động cơ bằng 780v/ph và góc kích α =1400 Ta có: 䳌䳌䳌 홦䳌 䳌 䳌䳌䳌 䳌 䳌 t 䳌 t 䳌䳌 홦䳌 홦ͳ Theo hình 3-24 ta có: t 䳌 䳌 䳌 䳌홦 䳌 䳌 홦䳌 홦 ൭ 䳌 䳌䳌䳌 5. Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp. 5.1. Sơ đồ nguyên lý Trang 112

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.35: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tần số vòng hở. Hình 3.36: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tần số vòng kín. 5.2. Nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu:  Bộ nghịch lưu một pha: Hình 3.37:Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu nữa cầu 1 pha Trang 113

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.38: Giản đồ xung kích của bộ nghịch lưu nữa cầu 1 pha Hình 3.39: Điện áp của bộ nghịch lưu nữa cầu 1 pha Hình 3.40: Dòng điện tải của bộ nghịch lưu nữa cầu 1 pha Trang 114

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.41:Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu toàn cầu 1 pha Hình 3.42: Giản đồ xung kích của bộ nghịch lưu toàn cầu 1 pha Hình 3.43: Dòng điện và Điện áp của bộ nghịch lưu toàn cầu 1 pha  Bộ nghịch lưu ba pha: Trang 115

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi a) Hình 3.44:a- Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu; b- Dạng sóng điện áp của bộ nghịch lưu 6 bước (six – step) Trang 116

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.45:Dạng sóng điện áp tải Qua dạng sóng điện áp ra của bộ nghịch lưu 6 bước ta thấy chukỳ của điện áp có thể thay đổi theo độ rộng của xung kích → tần số của điện áp ra cấp cho động cơ cũng được thay đổi theo. 5.3. Nguyên lý điều chỉnh tần số. Từ biểu thức tốc độ của động cơ không đồng bộ: (3-61) 䳌䁞 Nếu thay đổi tần số f của nguồn điện cung cấp cho động cơ, tốc độ động cơ có thể được điều chỉnh vô cấp. Đối với động cơ KĐB rotor lồng sóc chỉ có điều chỉnh tần số mới thực hiện điều chỉnh tốc độ vô cấp trong dải rộng. Đối với động cơ KĐB, nếu bỏ qua điện trở và điện cảm của dây quấn stator, phương trình điện áp dây quấn stator là: (3-62) U1=E1=4,44ϕmax.w1.kdq.f1 Suy ra: f  1 . U1 4,44.k dq1.w1 max Với: k1  1  const (3-63) 4,44.kdq.w1 Nếu thay đổi tần số nguồn điện và giữ nguyên độ lớn điện áp stator, từ thông động cơ sẽ tăng lên đến giá trị bão hòa. Động cơ không thể phát triển hiệu quả mômen cực đại khi dòng điện tăng, hệ số quá tải động cơ (λm=Mth/Mđm) giảm, tổn hao thép tăng làm động cơ phát nóng Trang 117

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Để tránh hiện tượng trên, điện áp stator U1 cần được thay đổi cùng với f sao cho từ thông không đổi và bằng giá trị từ thông định mức. U1  dm  const (3-64) f k1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện theo công thức (3.64) là nguyên lý điều chỉnh từ thông không đổi trở thành nguyên lý điều khiểnUf const Biểu thức mômen tới hạn (mômen cực đại) của động cơ KĐB M th  M max  3. U 2 (3-65) 21 R 1 1  R 2  (Xn )2 1 Giả thiết: R1<<(Xn), ta có 3 U 2 3p . U 2  U1  2 1 1 f1 M max  .   K (3-66) 21 X n 4f1 2f1Ln 2 Xn: Là điện kháng ngắn mạch động cơ. Với hằng số: 홦 (3-67) Từ (3-57), khi điều chỉnh tần số theo nguyên lý không đổi với các điều kiện đã thiết lập, các đường đặc tính sẽ có mômen cực đại không đổi. Khi động cơ hoạt động ở tần số thấp, điện trở R1không thể bỏ qua so với trở kháng (X1 +X’2), nên mômen cực đại Mmaxbị suy giảm ở tấn số thấp. Để duy trì khả năng quá tải của động cơ làm việc ở tần số thấp, có thể giảm điện áp U1với mức độ ít hơn so với mức độ giảm tần sốf sao cho Mmaxkhông bị suy giảm. Khi điều chỉnh tốc độ động cơ lớn hơn định mức, điện áp U1 sẽ duy trì không đổi và bằng định mức (U1=Uđm), còn tần số f được điều chỉnh tăng lên lớn hơn định mức (f > fđm). Khiđó, từ thong ϕtrong động cơ giảm, động cơ làm việc ở chế độ non kích từ. Cho nên Mmax sẽ bị suy giảm, để tránh hiện tượng động cơ quá tải, mômen động cơ sẽ được điều chỉnh theo nguyên lý công suất không đổi. Tóm lại, khi điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp biến đổi tần số phải thực hiện 2 cách điều chỉnh tốc độ, cách này tiếp theo cách kia: - Điều chỉnh với mômen không đổi M=hằng số hoặc từ thông không đổi Φ = hằng số. - Điều chỉnh với công suất không đổi P=hằng số khi từ thông Φ suy giảm. Nhận xét phương pháp điều chỉnh tần số nguồn điện: Trang 118

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi - Tốc độ động cơ được điều chỉnh vô cấp với phạm vi điều chỉnh rộng mà các phương pháp khác không thể thực hiện được. - Phải có bộ nguồn có điện áp U1 tần số f1 thay đổi, khiến giá thành bộ điều chỉnh cao. Nếu dùng bộ nguồn bằng máy điện quay điều khiển đơn giản nhưng hiệu suất kém. Hiện nay các bộ biến tần dùng thyristor được sử dụng phổ biến, nhờ đáp ứng được tốc độ tác động nhanh, độ chính xác và hiệu suất cao nhưng mạch điều khiển phức tạp. Gọi 䁞 ht đ Với a < 1 (f < fđm) động cơ được điều khiển với Với a > 1 (f > fđm) động cơ được điều khiển với ht đ Hoạt động với a < 1 đ đđ 䁞đ đ đ 䁞 (3-68) đđ đ đđ đ 䁞đ đ đ Từ (3-59) ta thấy nếubiểu thức có chứa U, ω, X1, X2, Xn ta thay bằng aUđm, aωđm, aX1, aX2,aXn. U1f  I'2 aU1f    I'2   (3-69) 2 2  R1  R'2   X1  X'2 2  R1  R'2   a2 X1  X'2 2  s  s  3U12f R ' 3aU12f R '    Mf đm 2  M  2 f 1s  R1 ' 2  1s  R1 ' 2   R 2   X1  X'2   R 2   a2 X1  X '   2  s s 䁞 (3-70) (3-71) đ䁞 3U12f  Mthf  3aU12f Mth đm  21 R12 2 R12 2X 2    21 n n R1   X R1   a Trang 119

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi 䁞 䁞 (3-72) th (3-73) th đ (3-74) 3U12f R ' 3aU12f R '        Mf đmkđ 2 2  ; M f kđ  1 R1  R '2 2  X1  X'2 1 R1  R'2 2  a2 X1  X'2 즙đ 䁞 䁞 䁞 đ 즙đ 䁞 䁞 䁞 sth   R2'  s fth  R2' R12  X 2 R12  a 2 X 2 n n s fth  R12  X 2 sth n R12  a 2 X 2 n Trang 120

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.38: Các đặt tính khi thay đổi tần số dưới định mức.  Hoạt động với a > 1 đ đ đ đ 䁞 (3-75) đ đđ đđ 䁞đ đ Từ (3-59) ta thấy nếubiểu thức có chứa U, ω, X1, X2, Xn ta thay bằng Uđm, aωđm, aX1, aX2, aXn. U1f U1f    I'2   I'2  (3-76) 2 2  R1  R'2   X1  X'2 2  R1  R'2   a2 X1  X'2 2  s  s Trang 121

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi 3U12f R '  M  3U12f R '    Mf đm 2 2 f 1s  R1 ' 2  a1s  R1 ' 2   R 2   X1  X'2   R 2   a2 X1  X'2    s s đ䁞 䁞 (3-77) (3-78) 3U12f  Mthf  3U12f R1  R12  X2n 2a1 Mth đm  R12  a 2 X 2 n    21 R1  th (3-79) th đ 䁞 䁞  3U12f R ' ; M f kđ 3U12f R '        Mf đmkđ1 2 2  R1  R '2 2  X1  X'2 a1 R1  R'2 2  a2 X1  X'2 Mfkđ RR XX Rn Xn䁞 (3-80) Mf đm kđ aR R aX X a Rn a Xn䁞 (3-81) sth   R2'  s fth   R2' R12  X 2 R12  a 2 X 2 n n s fth  R12  X 2 sth n R12  a 2 X 2 n Trang 122

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.39:Các đặt tính khi thay đổi tần số trên định mức. Ví dụ 3.8: Động cơ không đồng bộ rô-to lồng sóc đấu dạng sao có các thông số sau: 400V; 50Hz; 4 cực; 1370 v/ph, R1 = 2Ω; R2’ = 3Ω; R1 = R2’ = 3,5Ω Động cơ được cấp nguồn từ biến tần nguồn áp theo nguyên lý U/f không đổi. Bộ biến tần có tần số áp ra thay đổi trong khoảng 10 đến 50Hz. 䳌 䳌 즙đ Xác định tỉ số 즙đ 䳌 䳌 즙đ 즙đ Bài giải: 䳌 Nếu khởi động với tần số nguồn định mức: đ 䳌 䁞  䳌 h 䳌䳌  䁞 g൭ 즙đ 䳌 Trang 123

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi h 䳌䳌  g홦 ͳ 䳌 즙đ Khi khởi động với tần số 䳌 , và theo nguyên lý t ta đặt: 䁞 䳌g đ 䳌 h  䁞 䳌䳌  䁞  䳌g g ൭ 즙đ 홦g홦 ͳ 䳌 䳌g 䁞 䳌䳌  䳌 h 즙đ 䁞 䳌g Vậy 䳌 g 䳌g g 즙đ 䳌 즙đ 䳌 g 홦g홦 䳌g g g홦 즙đ 䳌 즙đ Trang 124

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG III 1/ Nêu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. 2/ Phương pháp điều chỉnh theo hệ thống chỉnh lưu động cơ bao gồm những hệ thống chỉnh lưu nào. Vẽ hình và viết công thức tính điện áp trung bình và dòng trung bình cho từng trường hợp. 3/ Hiện tượng trùng dẫn xảy ra khi nào? Công thức tính góc trùng dẫn. 4/ Hệ thống Chopper–động cơ: Vẽ mạch, giản đồ xung kích, dạng sóng điện áp và dòng điện, các công thức tính toán. 5/ Nêu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ ba pha. Nhận xét ưu nhược điểm của từng phương pháp. 6/ Viết công thức tính công suất và điện trở theo phương pháp điều khiển xung điện trở rotor. 7/ Viết các công thức tính toán dòng điện, mô men theo phương pháp điều chỉnh tần số. Bài 1: Một động cơ kích từ độc lập có các thông số sau: Pđm=29KW, Uđm=440V, Iđm=76A, nđm=1000V/phút. Hãy xác định Mômen cho phép của động cơ khi phụ tải dài hạn với điều kiện làm việc Ic=Iđm và tốc độ quay của động cơ là 1,5 nđm. Đáp số: M=184,6 Nm Bài 2: Một động cơ điện một chiều kích từ độc lập có công suất nhỏ được cấp điện qua chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển. Biết điện áp nguồn xoay chiều U=240V, Thyristo được kích dẫn với góc mở =110o. Điện áp đặt vào phần ứng động cơ có dạng như hình vẽ sau. Xác định tốc độ quay của động cơ ứng với M=1,8 Nm cho biết: Kϕ =1 Vs/rad, Rư=6 (bỏ qua tổn hao bộ chỉnh lưu). Đáp số: n=576V/phút Bài 3: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập được cung cấp điện từ chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển có điện áp nguồn xoay chiều U=240V, f=50Hz có Eư=150V, Rư=6, α=55.70, tỷ số ư ư 䳌 Xác định Mômen trung bình và tốc độ quay của động cơ. Trang 125

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Đáp số: n=1591V/pht M=2,85 N.m Bài 4: Một động cơ không đồng bộ ba pha roto dây quấn r2=0,0278, nđm=970V/phút, hiệu suất=0,885. Để thay đổi tốc độ động cơ người ta mắc thêm Rf vào mạch roto. Tính Rf? để tốc độ động cơ bằng 700V/phút. Biết rằng Mômen cản của tải không phụ thuộc tốc độ. f=50Hz, n1=1000V/phút Đáp số: Rf=0,25 Bài 5: Một đồng cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc có bốn cực, điện áp U=220V, f=50Hz. Người ta dùng bộ nghịch lưu để cung cấp điện cho động cơ. Để thay đổi tốc độ động cơ người ta sử dụng phương pháp biến đổi tần số. Hãy tính tốc độ động cơ và lượng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu với f=30Hz, 40Hz, 50Hz, 60Hz. Đáp số: f=30Hz, n=900V/phút và U =132V f=40 Hz, n=1200V/phút và U=176 V f=50 Hz, n=1500V/phút và U=220 V f=60 Hz, n=1800V/phút và U=264 V Bài 6: Một động cơ không đồng bộ ba pha Roto dây quấn sáu cực được nối qua bộ nghịch lưu, biết điện áp giữa các vành trượt E2=600V. Xác định góc kích của bộ nghịch lưu ở tốc độ 600V/phút. Bộ nghịch lưu được nối vào lưới ba pha 415V, 50Hz. Bỏ qua hiện tượng chuyển mạch và các tổn hao. Đáp số: =550 Bài 7: Một bộ nghịch lưu cung cấp cho động cơ roto lồng sóc 4 cực điện áp U=240V,50Hz. Xác định tần số và hiệu điện thế ở đầu ra khi tốc độ của động cơ bằng 900V/phút. Đáp số: f=30Hz U=132V Bài 8: Một bộ nghịch lưu cung cấp cho một động cơ không đồng bộ ba pha ở tần số 52Hz và thành phần cơ bản của điện áp pha là 208V. - Xác định tốc độ khi hệ số trượt bằng 0.04. - Khi bộ nghịch lưu chuyển đột ngột sang f=48Hz và điện áp=192V thì tốc độ bằng bao nhiêu ? Đáp số: a. n1=1497 vòng/pht b. n1=1440 vòng/pht Trang 126

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Bài 9: Cho động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn, đấu dạng tam giác với các tham số sau: 400V, 6 cực, 50Hz R’2=0,2 , X’2 =1 . Tải là máy quạt và chạy ở chế độ định mức với độ trượt 4%. Xác định điện trở phụ thêm vào rotor để động cơ đạt tốc độ 850v/ph. Giả thiết bỏ qua trở kháng mạch stator và mạch từ. Tỉ số vòng dây cuộn stator /rotor là 2.2. Đáp số: Rf=0.159Ω Bài 10: Cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn với các tham số sau: 400V,50Hz, 6 cực, đấu dạng sao; R1=0,5, R’2=0,4, X1=X’2=1,2, Xm=50 . Tỉ số vòng cuộn day stator và rotor là 3.5. Vận tốc động cơ được điều khiển bằng phương pháp điều khiển điện trở phụ mạchrotor dùng bán dẫn. Điện trở phụ được chọn sao cho mômen cực đại tạo ra khi động cơ ở trạng thái nghỉ (=0) tương ứng với tỉ số làm việc của công tắc transistor bằng 0.Xác định điện trở phụ thêm vào rotor. Đáp số: Rf=0.335Ω Bài 11: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Uđm=230V, nđm=500 vòng/phút, Iđm=100A, Rư=0,1Ω. Tổn hao ma sát và quạt gió có thể bỏ qua. Động cơ mang tải định mức, mômen tải không đổi theo tốc độ. Với n<nđm, tốc độ động cơ điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng và giữ kích từ là định mức. Với n>nđm, tốc độ động cơ thay đổi bằng cách giữ U=Uđm và giảm dòng kích từ. Tính: a. Điện áp cung cấp cần thiết cho phần ứng để động cơ hoạt động ở 400 vòng/phút. b. Kích từ động cơ cần giảm bao nhiêu so với định mức để động cơ hoạt động với n=800 vòng/phút. Bài 12: Động cơ ở bài 10 bây giờ hoạt động với tải thế năng có M=800Nm. Điện áp nguồn cung cấp cho động cơ U=230V, kích từ động cơ giữ bằng định mức. Động cơ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh. Hãy tính tốc độ động cơ khi đó. Trang 127

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Bài 13: Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính từ hóa khi đo ở n=600vòng/phút là: Ikt 20 30 40 50 60 70 80 Eu 215 310 381 437 485 519 550 Điện trở phụ Rư+Rkt=1Ω. Nếu động cơ hoạt động ở chế độ hãm động năng với tải Mc=400Nm và n=500vòng/phút thì cần thêm điện trở phụ là bao nhiêu vào mạch phần ứng. Giả thiết tổn hao cơ không đáng kể và có thể bỏ qua. Bài 14: Bài 15: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Rư=0,25Ω, KΦđm=0,896Vs/rad, cung cấp từ một cầu chỉnh lưu một pha điều khiển toàn phần. Điện áp AC cung cấp cho cầu chỉnh lưu có trị hiệu dụng 208V, tần số 60Hz. Giả thiết điện cảm trong mạch đủ lớn để dòng phần ứng xem như liên tục phẳng. Kích từ được giữ không đổi và bằng định mức. bỏ qua tổn hao do ma sát và tổn hao không tải. Động cơ làm việc với tải có M=45Nm tại tốc độ n=1000vòng/phút. Tính: a. Góc kích α cần thiết của bộ chỉnh lưu. b. Hệ số công suất ngõ vào của bộ chỉnh lưu khi đó. Bài 16: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Rư=0,25Ω, KΦđm=3,164Vs/rad, cung cấp từ một cầu chỉnh lưu một pha điều khiển bán phần. Điện áp AC cung cấp cho cầu chỉnh lưu có trị hiệu dụng 208V, tần số 60Hz. Giả thiết điện Trang 128

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi cảm trong mạch đủ lớn để dòng phần ứng xem như liên tục phẳng. Kích từ được giữ không đổi và bằng định mức. bỏ qua tổn hao do ma sát và tổn hao không tải. Dòng phần ứng động cơ là 45A và góc kích α=600. Tính: a. Mômen trên trục động cơ. b. Tốc độ động cơ. Bài 17: Bộ chỉnh lưu ba pha điều khiển toàn phần được cung cấp bởi nguồn xoay chiều ba pha có điện áp pha 150V, tần số 50Hz. Bộ chỉnh lưu này cấp nguồn cho một động cơ một chiều kích từ độc lập có Rư=2.5Ω hoạt động ở chế độ hãm tái sinh với E=-250V. Điện cảm nguồn Ls=3mH. Tính góc kích cần thiết để dòng phần ứng lúc này là 64.9A. Góc chuyển mạch khi đó là bao nhiêu. Bài 18: Động cơ một chiều kích từ độc lập có: E=200V, Rư=3Ω, cung cấp từ một cầu chỉnh lưu một pha điều khiển toàn phần. Điện áp AC cung cấp cho cầu chỉnh lưu có trị hiệu dụng 220V, tần số 50Hz, điện cảm nguồn Ls=1mH. Giả thiết điện cảm trong mạch phần ứng đủ lớn để dòng phần ứng có thể coi là liên tục và phẳng. Với góc kích α=1200, xác định giá trị Iư và góc chuyển mạch μ. Bài 19: Các số liệu nguồn 3 pha và động cơ: Điện áp dây UL=380V, KΦ=1.59Vs/rad, Rư=0.4Ω, f=50Hz. Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần, giả thiết dòng qua động cơ phẳng. a. Bỏ qua cảm kháng nguồn Ls=0, xác định hàm điện áp chỉnh lưu trung bình theo góc α; với α=600. Hãy xác định vận tốc động cơ, cho biết dòng điện qua động cơ Iư=50A. b. Nếu xét đến cảm kháng nguồn Ls≠0. Hãy xác định vận tốc động cơ và góc chuyển mạch γ nếu cho biết Iư=50A, α=450 và Ls=10mH. Trang 129

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi CHƯƠNG 4 QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Các chương trên đã chú trọng phân tích trạng thái làm việc xác lập của hệ truyền động điện. Đó là trạng thái làm việc của hệ khi mômen động cơ cân bằng với mômen cản: M=Mc. Khi đó các thông số tốc độ, mômen, dòng điện của động cơ có giá trị không đổi. Các đặc tính cơ và cơ điện đã xét ở các chương trên đều tương ưng ở trạng thái này. Tuy nhiên, các hệ truyền động đều có khả năng “rơi vào” trạng thái mất cân bằng cơ học,khi M khác Mc; thậm chí có những máy sản xuất mà hệ truyền động của chủ yếu làm việc ở trạng thái mất cân bằngnhư truyền động của máy bào giường,máy xúc…Hoặc chỉ có những loại máy chỉ làm việc ở trạng thái mất cân bằng cơ học như truyền động của búa máy,máy nén pittong…Người ta gọi trạng thái này là trạng thái quá độ và sẽ được khảo sát sơ bộ để có một số khái niệm cơ bản về nó trong chương này. I. Khái niệm chung về quá trình quá độ 1. Khái niệm chung 1.1. Định nghĩa: Quá trình quá độ của hệ truyền động điện là quá trình chuyển đổi từ trạng thái xác lập này sang trạng thái xác lập khác sau khi xảy ra sự mất cân bằng cơ học trong hệ. Thực vậy, giả sử hệ đang làm việc xác lập ở một điểm nào đó với mối quan hệ cân bằng giữa mômen động cơ và mômen cản M =Mc,và tương ứng là tốc độ không đổi ω, nếu vì một lý do mà sự cân bằng trên bị phá vỡ (M ≠ Mc) thì theo phương trình động học: t (4-1) Ta thấy hệ sẽ chuyển động có gia tốc khi t 䳌. Khi đó tốc độ của hệ, mômen và dòng điện của động cơ đều biến đổi theo thời gian. Nếu hệ truyện động thỏa mãn điều kiện ổn định tĩnh, thì sau một khoảng thời gian nào đó mômen của động cơ và mômen cản sẽ thay đổi theo chiều hướng tiến đến một sự cân bằng mới cùng với sự thay đổi tốc độ, khi đó M’=M’c, tương ứng hệ sẽ có tốc độ xác lập không đổi với giá trị khácvới giá trị cũ ω’: Sự thay đổi theo thời gian của các đại lượng nêu trên là dấu hiệu đặc trưng của quá trình quá độ (Hình 4.1). Trang 130

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 4.1: Biểu thị quá trình chuyển trạng thái xác lập của vận tốc, mômen, dòng điện Chú ý:Sự mất cân bằngcủa hệ truyền động cũng xảy rakhi mômen quán tính J của hệ thay đổi tuy nhiên chúng ta không xét trường hợp này. 1.2. Các nguyên nhân gây ra quá trình quá độ Có nhiều nguyên nhân ban đầu gây ra sư mất cân bằng trong hệ truyền động điện, trong đó có những nguyên nhân do thao tác chủ động của người điều khiển, và những nguyên nhân do tác động ngẫu nhiên trong điều kiện làm việc của hệ. - Các nguyên nhân do thao tác chủ động của người điều khiển ví dụ như: + Đóng mạch điện để khởi động. + Chuyển mạch điện để hãm dừng. + Thay đổi giá trị các thông số điều khiển để điều chỉnh tốc độ hoặc mômen + Đảo điện để đảo chiều quay động cơ, cho ăn tải để thực hiện gia công trên máy sản xuất(đặt lại mômen cản Mc); + Nhả tải để kết thúc gia công (cắt bỏ Mc)… - Các nguyên nhân ngẩu nhiên có thể xuất hiện trong hệ thống do những biến động bên trong hoặc do những tác động ngẩu nhiên từ bên ngoài, kể cả từ phía nguồn điện cũng như từ phía phụ tải, ví dụ: + Các dao động của điện áp và tần số lưới điện. + Các biến động ngẩu nhiên của lực cản, mômen cản, mômen quán tính, sự thay đổi giá trị điện trở của mạch điện do ảnh hưởng của nhiệt độ hoặc điều kiện môi trường… Trang 131

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 4.2: Biểu thị quá trình quá độ của dòng điện khi khởi độngđộng cơ Hình 4.3: Biểu thị quá trình đóng - cắt hệ thống truyền động 2. Phân loại các quá trình quá độ 2.1. Phân loại theo quán tính trong hệ. Cách phân loại bao quát nhất là phân loại theo quán tính quá độ. Ta đã biết có 3 loại quán tính: quán tính cơ học, quán tính điện từ,và quán tính nhiệt. Tùy theo độ lớn của từng loại,có thể xét hoặc bỏ qua chúng khi khảo sát quá trình quá độ,do đó ta có các loạiquá độ sau: - Quá trình quá độ cơ học:Là quá trình quá độ xảy ra khi chỉ xét đến quán tính cơ học của hệ,còn quán tính điện từ được bỏ qua.Độ lớn của quán tính cơ học được đặc trưng bởi đại lượng“hằng số thời gian cơ học”. 䁞 (4-2) Trong đó J- Mômen quán tính của hệ (kg.m2) Trang 132

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi β-Độ cứng của đặc tính cơ của động cơ hoặc của hệ(N.m.s). Quá trình quá độ cơ học thường được ứng dụng để khảo sát cho các trường hợp sau: - Khởi động, hãm,đảo chiều quay động cơ không đồng bộ lòng sóc bằng cách đóng trực tiếpvào lưới điện hoặc qua điện trở phụ stato. Trong các trường hợp đó,vì điện cảm mạch stato động cơ nhỏ nên quán tính điện từ của động cơ có thể bỏ qua. - Các quá trình quá độ trong các động cơ một chiều và động cơ không đồng bộ roto dây quấn khi điều khiển bằng điện trở phụ trong các mạch chính(mạch phần cứng của động cơ một chiều, mạch roto của động cơ không đồng bộ)có điện cảm nhỏ,mặt khác việc dùng thêm điện trở phụ lại làm tăng điện trở tổng của mạch điện, kết quả là quán tính điện từ trở nên rất nhỏ,vì vậy có thể bỏ qua. Chú ý rằng quá trình quá độ cơ học tuy đơn giản nhưng rất đặc trưng cho truyền động điện.Còn hằng số thời gian cơ học Tc được coi là hằng số có giá trị lớn và luôn luôn được xét đến trong các loại quá trình quá độ. - Quá trình quá độ điện-cơ: Là những quá trình quá độ khi phải xét đến cả quán tính cơ học vàquán tính điện từ của mạch điện.Độ lớn của quán tính điện được đặt trưng bởi “hằng số thời gian điện từTđtvà được xác định theo tính chất của mạch điện: Đối với mạch điện cảm: Tđt  L (4-3) R Trong đó: L-Điện cảm của mạch(H) R-Điện trở của mạch (Ω) Đối với mạch điện dung: Tđt =RC (s) (4-4) Trong đó: C- Điện dung của mạch(F) Quá trình quá độ điện cơ được ứng dụng cho các trường hợp khi quá trình đó xảy ra trong các hệ hoặc các mạch có điện cảm lớn,ví dụ khi điều khiển động cơ một chiều bằng cách thay đổi từ thông,điều khiển động cơ xoay chiều bằng điện cảm phụ,các hệ chỉnh lưu – động cơ với các bộ chỉnh lưu có sử dụng bộ biến áp và cuộn kháng lọc… 2.2. Phân loại theo tác động gây mất cân bằng cơ học trong hệ Ở cách phân loại người ta chú trọng đến các tác động điều khiển,tức những thao tác chủ động của người điều khiển,ví dụ: quá trình quá độ khởi động (đóng điện cho động cơ), quá trình quá độ hãm động năng, quá trình quá độ đảo chiều, quá trình quá độ tăng tốc,quá trình quá độ ăn tải (tăng mômen cản từ 0 đến Mc)…Mỗi quá trình nêu trên đều có thể là quá trình quá độ cơ học hoặc quá trình quá độ điện cơ tuỳ theo giá trị của các hằng số thời gian tương ứng.Trong trường hợp chỉ cần đánh giá chất lượng của hệ, ví dụ đánh giá khả năng làm việc ổn định, mức độ giao động của các đại lượng trong Trang 133

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi trạng thái quá độ. Người ta chỉ quan tâm đến quá trình khởi động (coi là quá trình tác động điều khiển) và quá trình đóng ngắt tải (coi là quá trình quá độ do nhiễu phụ tải). 2.3. Phân loại theo dạng biến thiên của tin hiệu tác động. Cách phân loại này thường liên quan đến các tác động điều khiển, có hai loại sau: Các quá trình quá độ khi tín hiệu điều khiển tác động vào động cơ đột biến bậc thang và giữ không đổi trong cả quá trình hoặc trong từng giai đoạn của quá trình.Ví dụ quá trình khởi động động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc bằng cách đóng vào lưới điện có điện áp định mức, tần số định mức quá trình khởi động, động cơ điện một chiều bằng điện trở phụ phần ứng qua các cấp…Những quá trình này đều thuộc về các hệ không tự động, các trường hợp có điện áp và tần sồ nguồn điện không thay đổi, hoặc các trường hợp có tốc độ không tải lý tưởng ω0 không thay đổi trong thời gian quá độ. Các quá trình quá độ khi tín hiệu điều khiển tác động vào động cơ biến thiên liên tục theo thời gian. Ví dụ trường hợp đơn giản nhưng khởi động động cơ một chiều trong hệ máy phát – động cơ (F-Đ) mặc dù việc khởi động hệ thống đươc thực hiện bằng cách đóng cuộn kích từ máy phát vào điện áp kích từ Ukt có giá trị không đổi, nhưng do quá trình điện từ của mạch kích từ nên điện áp máy phát đặt lên phần ứng động cơ tăng dần theo thơi gian một cách liên tục. Các hệ truyền động điện tự động đều có các quá trình quá độ này. Khi ta đưa vào hệ một tín hiệu đặt Uđ nào đó thì tín hiệu điều khiển Uđk không chỉ phụ thuôc vào tín hiệu đặt mà nó còn phụ thuộc vào các tín hiệu phản hồi (theo tốc độ,dòng điện …) những tín hiệu phản hồi biến thiên liên tục trong suốt quá trình quá độ, do đó tín hiệu điều khiển tác động vào động cơ sẽ thay đổi liên tục. 3. Mục đích khảo sát quá trình quá độ Quá trình quá độ là một trạng thái làm việc quan trọng của truyền động điện. Những điều kiện làm việc nặng nề và những hiện tượng vật lý đặc biệt thường phát sinh trong quá trình này như sự tăng vọt của dòng điện và mômen động cơ,việc xuất hiện lực động trong bộ truyền, sự giao động của tốc độ, giá trị của gia tốc… Kết quả tính toán quá trình quá độ thường được thực hiện bằng các “đặc tính quá độ”.Đó là những đường cong biểu diễn sự biến thiên theo thời gian của tốc độ ω= f(t), dòng điện động cơ i =f(t),mômen động cơ M=f(t). Dựa vào kết quả tính toán quá trình quá độ ta có thể đánh giá được tình trạng làm việc của hệ truyền động một cách đầy đủ, tìm được các giải pháp làm tăng chất lượng hệ thống, chỉnh định các khí cụ bảo vệ, bổ sung các khâu hiệu chỉnh…sau đây là một số mục đích có thể đạt được từ việc khảo sát quá trình quá độ: - Xác định được thời gian quá trình quá độ tqđ và biện pháp rút ngắn thời gian này để làm tăng năng suất của máy sản xuất. Trang 134

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi - Từ đường cong tốc độ ω =f(t) xác định được gia tốc của hệ và lực động xuất hiện trong hệ thống để có biện pháp khống chế ở mức độ cho phép. Mục đích này thường được đặt ra ở các máy nâng vận chuyển. - Từ đường cong dòng điện i =f(t) hoặc đường cong mômen M=f(t) ta có những tính toán bổ sung về phát nóng của động cơ, phục vụ cho việc kiểm nghiệm công suất của động cơ. - Xác định tri số dòng điện cực đại của động cơ,phục vụ cho việc chỉnh định các phần tử bảo vệ quá dòng trong hệ. - Xác định mức độ ảnh hưởng đến lưới điện, như độ sụt áp trên lưới khi khởi động động cơ hoặc trong các quá trình quá độ khác. Ngoài ra, ở một số máy móc và thiết bị công nghệ, đòi hỏi phải nghiên cứu đặt biệt với yêu cầu cao về “quá trình quá độ” của hệ truyền động, sao cho đạt được một dạng đường cong nhất định của tốc độ, gia tốc, mômen,…theo thời gian. II. Phương pháp tính toán quá trình quá độ Như trên đã nêu, mục đích tính toán quá trình quá độ là tìm các quan hệ theo thời gian của tốc độ, dòng điện, mômen động cơ… ω= f(t), i = f(t), M =f(t)… các quan hệ đó gọi chung là “đặc tính quá độ” của hệ truyền động. Phần này sẽ giới thiệu khái quát phương pháp tính toán và những nội dung cần quan tâm khi phân tích quá trình quá độ. Các quá trình quá độ của các hệ thống đều được mô tả bằng những phương trình vi phân viết cho các mạch điện (phần điện và phần cơ của chúng vì vậy phương pháp cơ bản để tính toán quá trình quá độ là giải các phương trình vi phân nói trên. Nghiệm của các phương trình này chính là các quan hệ ω=f(t), i =f(t), M=f(t)…. Số lượng các phương trình vi phân của một hệ truyền động điện phụ thuộc vào số lượng các quán tính cần xét trong hệ. Đối với các hệ đơn giản, quá trình quá độ có thể mô tả chỉ bằng một hoặc vài phương trình vi phân, khi đó ta có thể tính toán bằng cách giải trực tiếp các phương trình đó. Với các hệ phức tạp, chứa nhiều khâu có quán tính hoặc các hệ truyện động tự động có nhiều mạch phản hồi, người ta phải sử dụng phương pháp gián tiếp để tìm “đặc tính quá độ”. Sau đây là xét một số trường hợp tiêu biểu. 1. Tính toán quá trình quá độ cơ học. 1.1. Phương trình vi phân mô tả quá trình quá độ cơ học Phương trình động học: t (4-5) Trong đó: M – mômen của động cơ, đươc biểu thị bằng phương trình đặc tính cơ. Trang 135

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Mc – mômen cản, được biểu thị bằng phương trình đặc tính cơ của máy sản xuất Mc =f(ω) Giả sử đặc tính cơ của động cơ là đường thẳng ta có: M =Mnm-βω (4-6) Ta xét trường hợp mômen cản không đổi: Mc =const (4-7) Thay (4-6),(4-7) vào (4-5) ta có: M nm    Mc  J d (4-8) dt Với : Mnm- mômen ngắn mạch của động cơ β- độ cứng đặc tính cơ của động cơ.   dM  M  Mnm d  0 Biếnđổi (4-8) ta đượcphương trình vi phân cơ bản viết cho tốc độ: M nm  M c  J d   (4-9)   dt Hoặc: Tc d    xl (4-10) dt Trong đó Tc– Hằng số thời gian cơ học ωxl – Tốc độ xác lập. Tc  J  㠮 䳌∆ Tốc độ xác lập, tức tốc độ làm việc khi kết thúc quá trinh quá độ và hệ đạt được trạng thái cân bằng mới với M =Mc là: Phương trình vi phân viết cho mômen động cơ với dạng hoàn toàn giống (4-10): Tc dM M  Mxl  Mc (4-11) dt Các phương trình (4-10) và (4-11) mô tả biến thiên tốc độ và mômen động cơ theo thời gian trong quá trình quá độ từ điểm làm việc ban đầu đến điểm xác lập cuối cùng. 1.2. Đặt tính quá độ Trang 136

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Giải các phương trình (4-10) và (4-11)với điều kiện ban đầu khi t =0 =>ω = ωbđvà M =Mbđ ta được nghiệm của chúng là các phương trình đặc tính quá độ:    xl  ( bđ   xl )e  t / TC (4-12) M  Mxl  (Mbđ  Mxl )et /Tc (4-13) Trong đó ta lấy Mxl =Mc, (vì coi Mc =const) Các phương trình trên cho thấy trong quá trình quá độ động cơ mômen và tốc độ động cơ biến thiên theo thời gian với quy luật hàm mũ và từ giá trị ban đầu (Mbđ, ωbđ) đến giá trị xác lập (Mxl, ωxl). Hình 4.4: Các đặc tính quá độM= f(t) và ω= f(t) của quá trình quá độ cơ học Để minh hoạ ta lấy ví dụ xét quá trình quá độ trong hệ truyền động điện khi phụ tài động cơ thay đổi từ Mc1 đến Mc2 biểu thị trên hình 4.4. Điểm làm việc ban đầu ứng với tải Mc1 và điểm xác lập (sau khi kết thúc quá trình quá độ) ứng với tải Mc2. Khi đã cho trước số liệu của động cơ, ta coi như đã có đường đặc tính cơ, do đó xác định được các giá trị ωbđ, Mbđ = Mcl, ωxl, Mxl = Mc2, β = Mnm/ω0, Tc = J/β. Thay các giá trị này vào (4-12) và (4-13), cho T các giá trị khác nhau ta vẽ được các đặc tính quá độ M =f(t) vàω =f(t) (Hình 4.4) 1.3. Thời gian của quá trình quá độ. Về lý thuyết mômen và tốc độ động cơ sẽ đạt đến giá trị xác lập khi thời gian t −>∞ nghĩa là thời gian của quá trình quá độ sẽ là: tqđ =∞. Tuy nhiên, trong thực tế người ta coi quá trình quá độ kết thúc khi tốc độ hoặc mômen đạt đến 95% giá trị xác lập.Thay ω= 0.95ωxl vào (4-12) ta xác định được thời gian tương ứng và coi đó là thời gian của quá trình quá độ: tqđ ≈ 3Tc (4-14) Như vậy, đối với quá trình quá độ cơ học không phụ thuộc vào loại quá trình (khởi động hay hãm dừng, hoặc đảo chiều…), thời gian của các quá trình được xác định bởi Trang 137

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi hằng số thời gian cơ học theo biểu thức (4-14). Nói cách khác, Tc chính là thước đo thời gian của quá trình quá độ cơ học. Trong nhiều trường hợp, khi cần tăng năng suất hoặc nâng cao chất lượng gia công trên máy sản suất, người ta cần phải tìm cách rút ngắn thời gian quá trình quá độ. Các biện pháp rút ngắn Tc là: - Giảm mômen quán tính J của động cơ và của hệ truyền động, ví dụ bằng cách chọn loại động cơ có mômen quán tính nhỏ, hoặc nếu quá trình công nghệ cho phép người ta dùng khớp li hợp để tách bớt các khâu cơ khí liên quan đến trục động cơ trong thới gian quá độ. Tuy nhiên biện pháp này thường khó thực hiện - Tăng độ cứng đặc tính cơ β bằng cách chọn loại động cơ có đặc tính cơ cứng, hoặc sử dụng phương pháp điều khiển tự động vòng kín có khâu phản hồi âm tốc độ. Biện pháp này được sử dụng nhiều và đạt hiệu quả cao. 2. Tính toán quá trình quá độ điện –cơ Đối với các hệ truyền động chứa những mạch điện có quán tính điện từ đủ lớn,khi khảo sát quá trình quá độ ta phải xét đến cả quán tính điện từ, quán tính cơ học. Quá trình đó được gọi là quá trình điện - cơ. Nếu ở quá trình quá độ cơ học, ta coi dòng điện và mômen động cơ đột biến và xác định theo phương trình đặc tính cơ tĩnh như đã xét ở trênthì ở quá trình quá độ điện – cơ, dòng điện và mômen động cơ biến đổi từ từ do ảnh hưởng của quán tính điện từ. Trường hợp đơn giản nhất của quá trình quá độ điện - cơ là phần điện của hệ chỉ chứa một hằng số thời gian điện từ. Khi đó, hệ sẽ được mô tả bằng 2 phương trình vi phân (hoặc một phương trình vi phân bậc hai). Ví dụ xét quá trình quá độ trong hệ truyền động dùng động cơ điện một chiều có điều khiển bằng điện áp phần ứng. Ta có hai phương trình sau: Đối với mạch điện: ưư ư ư (4-15) Và đối với phần cơ: (4-16) t M  Mc  J d dt Hoặc ưt (4-17) Trong đó: ư , . Để đơn giản ta giả thiết xét quá trình quá độ không tải, tức coi Ic =0 và Mc =0, thay (4-17) vào (4-15) ta được phương trình vi phân bậc hai mô tả cho quá trình quá độ điện - cơ (viết cho tốc độ): ư t䁞 ư t t Trang 138

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi ư ư t t ưư ưư ư ưt ư ưt h䁞㔴 䳌 ∆∆ t ∆∆ ư ưt đt t t 䳌 (4-18) Phương trình (4-18) là phương trình vi phân bậc 2 theo tốc độ, tương tựphương trình viết cho dòng điện: ư ư ư 䳌 (4-19) đt t t Trong đó, hằng số thời gian điện từ: Tđt =Lư/Rư; tốc độ xác lập xl  0 và dòng điện xác lập Ixl =Ic =0 viết cho trường hợp khởi động không tải. Hình 4.5: Các đặc tính quá độ của quá trình quá độ điện cơ a. khi Tdt  1 Tc b. Khi Tdt  1 Tc 4 4 Các đặc tính quá độ ω =f(t), iư =f(t) là nghiệm của các phương trình (4-18) và (4- 19). Nếu Tđt có giá trị không đủ lớn: Tđt<1/4Tc thì đặc tính quá độ có dạng như hình 4.5a; nếu Tđt có giá trị đủ lớn: Tđt>1/4Tc thì đặc tính quá độ có dạng dao động như hình 4.5b. 3. Tính toán quá trình quá độ trong các hệ phức tạp Đối với các hệ phức tạp, phần điện chứa nhiều phần tử có quán tính điện từ hoặc các hệ truyền động tự động, quá trình quá độ là những quá trình động học được mô tả bằng nhiều phương trình vi phân, việc giải trực tiếp các phương trình đó sẽ gặp nhiều khó khăn, vì vậy người ta thường sử dụng phương pháp mô hình hoá để giải gián tiếp. Nội dung của phương pháp này như sau: Trang 139

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Trước hết ta biến đổi phương trình vi phân mô tả quá trình quá độ của các phân tử trong hệ về dạng ảnh laplace bằng cách thay phép tính tbằng toán tử s tương tự bằng toán tử s2. Kết quả ta được phương trình dạng đại số (thay cho phương trình vi phân). Ví dụ phương trình chuyển động (4-16) của quá trình quá độ cơ học, hoặc của phần cơ trong hệ truyền động, được viết thành: t (4-20) đt t t 䳌 đt 䳌 Hay: 䳌 đt 䳌 đt 䁞 䁞 (4-21) Theo đó, sơ đồ cấc trúc theo công thức 4 – 20 và 4 – 21 sẽ là: Hình 4.6: Sơ đồ cấu trúccủa hệ truyền động có quá trình quá độ Tương tư như vậy từ phương trình ưư ư ưư ư ư ư ưt ư đt 䁞 ư Mặt khác theo (4-17): ư 䁞ư ư ưt ư Như vậy ta có hệ phương trình mô tả: đt 䁞 ư ư (4-21) ư Sơ đố cấu trúc được mô tả như sau: Hình 4.7: Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều có xét đến quá trình quá độ Trang 140

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Từ sơ đồ trên ta có thể gộp lại thành một sơ đồ hoàn chỉnh như sau: Hình 4.6:Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều khi kết nối a và b. Dưới đây là phương thức biểu diễn sơ đồ cấu trúc với a, b, là đại lượng đặc trưng ngõ vào, c là đại lượng đặc trưng ngõ ra, d là hằng số, H(s) là hàm truyền. Hình 4.7: Phương thức biểu diễn sơ đồ cấu trúc Theo cách làm trên, đối với các hệ phức tạp, ta cũng lập được sơ đồ cấu trúc một cách dễ dàng.Việc thiết lập các sơ đồ cấu trúc này được sử dụng rất nhiều trong điều khiển vòng kín đối với động cơ và hệ truyền động có khâu hiệu chỉnh (khâu P, khâu PI, khâu PID). Việc tính toán quá trình quá độ (quá trình động) của các hệ này được thực hiện theo các phương pháp trong lý thuyết điều khiển tự động: Biến đổi sơ đồ cấu trúc của hệ về dạng thuận tiện cho việc tính toán, viết hàm truyền đạt cho toàn hệ thống và tìm ra đặc tính quá độ. Phương pháp tính toán phổ biến nhất hiện nay là mô hình hóa trên các máy tính với sự trợ giúp của các chương trình phần mềm chuyên dụng, ví dụ phần mềm MATLAB-SIMULINK. Trang 141

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 4.8:Sơ đồ điều khiển mở máy động cơ DC 3 cấp điện trở sử dụng MATLAB-SIMULINK. . Hình 4.9:Các cấp điện trở khởi động trongMATLAB-SIMULINK. Hình 4.10: Đặc tính tốc độ và dòng điện khi khởi động mô phỏng trong MATLAB- SIMULINK. Trang 142

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 4.8:Sơ đồ tổng quát điều khiển vòng kín động cơ DC. Hình 4.9:Sơ đồ điều khiển vòng kín động cơ không đồng bộ theo kiểu trực tiếp. Ví dụ: Tính toán để xây dựng đặc tính quá độ ω =f(t) và M =f(t) và xác định thời gian khởi động tkđ cho quá trình khởi động không tải của hệ truyền động dùng động cơ không đồng bộ lồng sóc khi đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện. Số liệu cho trước: động cơ Pđm =28kW, U=380/220V, 1460vg/ph, λ=Mth /Mđm=2.3, mômen quán tính rotor Jđ=0.975 Kgm2. Mômen quán tính của hệ thống J=1.2Jđ. Hướng dẫn: a. Xác định thêm các số liệu của động cơ và của hệ truyền động: Tốc độ định mức:ωđm =nđm /9.55 =1460/9.55=152,8rad/s. Tốc độ không tải lí tưởng:ω1=1500/9,55=157 rad/s Độ trượt định mức: s đm  n1  n đm  1500 1460  0.026 n1 1500 Độ trươt tới hạn: sth  sđm (  2 1)  0.026(2.3  2.32 1)  0.113 Trang 143

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Mômen định mức: M đm  Pđm .1000  2800  183,2Nm  đm 152,8 Mômen tới hạn: Mth=λ.Mđm=2,3.183,2=421,36 Nm Mômen quán tính của cả hệ thống truyền động J=1,2Jd=1,2.0,975=1,17 Kgm 2 . Vì khởi động không tải nên Mc =0 Độ trượt ban đầu: sbđ =1(tức ωđm=0) Độ trượt xác lập về lý thuyết (khởi động không tải): sxl =0 Tuy nhiên, thực tế ta lấy độ trượt cuối cùng scc≈sđm =0,026 b. Tìm đặc tính s =f(t) và ω =f(t), M =f(t)trong thời gian khởi động Trường hợp đang xét thuộc quá trình quá độ cơ học với giả thiết khởi động không tải nên ta thay Mc = 0 vào phương trình vi phân (4-16), ta được M  J d dt Trong đó,mômen M phụ thuộc độ trượt s theo phương trình đặc tính cơ: M 2 M th s  sth sth s Độ trượt và tốc độ có quan hệ ω =ω1(1-s), nên lấy đạo hàm cả hai vế ta được: d  1 ds dt dt Ta có: 2M th   J1 ds s  s th dt s th s hoặc: dt   J1  s  s th ds 2M th s th s Thời gian diển biến của quá trình khởi động từ 0 đến t sẽ tương ứng với sự biến thiên của độ trượt từ sbđ đến giá trị tức thời s, do đó lấy tích phân 2 vế biểu thức  t s J1  s  s th ds 2M th s th s dt  0 sbđ Ta được: t  1 Tco  sb2đ  s 2  sth ln sbđ  (*) 2 2 sth s Trong đóTco-hằng số thời gian cơ học quy ước: Trang 144

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Tco  J 0  1,2 * 0 .975 157  0,436 s M th 421 ,36 Thay giá trị Tco =0.436 sec; sth =0.113; sbđ =1 vào (*) ta tìm được phương trình t = f(s) là dạng biểu thị của đặc tính quá độ s = f(t) hoặc ω = f(t). Ta được: t  0.21810.22s26  0.113ln 1 (**)  s  Đặc tính quá độ mômen M = f(t). Được xây dựng bằng cách kết hợp đặc tính s = f(t) và đặc tính cơ M= f(s). M 2M th  842.72 s  sth s  0.113 sth s 0.113 s Cho s các giá trị khác nhau từ 1÷ 0, ta tính được các giá trị tương ứng của t theo (**) đồng thời tính được các giá trị tốc độ tương ứng theo biếu thức   11  s . Ta có bảng sau: s 1 0.9 0.8 0.7 0.5 0.4 0.2 0.113 0.05 0.026 ω=ω1(1-s) 0 15.7 31.4 47.1 78.5 94.2 125.6 139.2 149.1 - t(s) 0 0.185 0.35 0.5 0.740 0.83 0.96 1.0 1.035 - M(Nm) 94.05 104.3 116.7 132.7 181.4 220.6 361.7 421.36 311 183.2 Từ bảng số liệu có sẵn ra dựng được đồ thị s = f(t) và ω = f(t) c. Xác định thời gian khởi động. Coi quá trình khởi động kết thúc khi độ trượt đạt đến giá trị cuối cùng scc ≈ sđm. Thay s = sđm vào (*) ta có biếu thức xác định thời gian quá trình quá độ khởi động của động cơ trong hệ. t kd  1 Tco  s 2  sđ2m  sth ln sbd  2  bd sđm    2s th Thay s  sđm =0.026 vào phương trình trên ta tìm được thời gian khởi động. tkd  0.2181  0.0262  0.113ln 1  1.05s  0.226 0.026 Trang 145

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Câu hỏi và bài tập chương IV 1. Lý thuyết Câu 1: Định nghĩa quá trình quá độ trong hệ truyền động điện? khi nào thì xảy ra quá trình quá độ? Vì sao có hiện tượng quá độ xảy ra trong hệ? Lấy các ví dụ thực tế về quá trình quá độ trong thời gian làm việc của động cơ và của hệ truyền động?. Câu 2: Tính toán hoặc khảo sát quá trình quá độ để làm gì? Nếu không chú ý đến quá trình quá trình quá độ ta có thể gặp khó khan gì khi vận hành các hệ truyền động. Câu 3: Thời gian quá trình quá độ cơ học phụ thuộc vào những yếu tố nào? Làm thế nào để rút ngắn thời gian quá độ cơ học. Câu 4: Có thể sử dụng phép tính quá trình quá độ cơ học để phân tích cho những trường hợp nào? Và của những hệ thống truyền động nào khi bỏ qua những yếu tố nào trong hệ. Câu 5: Định nghĩa quá trình quá độ điện – cơ lấy một vài ví dụ về quá trình quá độ điện –cơ trong các hệ truyềng đông điện. 2. Bài tập: Bài 1:Cho động cơ không đồng bộ 3 pha có các thông số được cho trong bảng dưới đây: Thông số (f =50Hz) TT Pđm U1đm(V) nđm  cos E2nm I2đm Jđ Jht(kgm2) (KW) (vg/ph) I1đm(A)  dm (V) (V) (kgm2) 1 3.5 380 915 2.3 10.5 0.7 181 13.7 0.049 1.2Jđ 2 5 380 925 2.5 14.8 0.69 206 16.6 0.067 1.4Jđ 3 22 380 965 2.8 55 0.68 225 61.0 0.50 1.4Jđ 4 30 380 720 2.8 77 0.69 280 67.5 1.025 1.2Jđ 5 60 380 578 3.0 145 0.72 245 153 5.25 1.4Jđ 6 100 380 584 2.8 225 0.67 275 230 10.35 1.3Jđ Xây dựng đặc tính quá độ ω =f(t) và M =f(t) và xác định thời gian khởi độngtkđcho quá trình khởi động không tải của hệ truyền động. Trang 146

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Bài 2: Viết phương trình mô tả cho các sơ đồ cấu trúc sau: a. b. Bài 3: Thiết lập sơ đồ cấu trúc cho hệ phương trình sau: t 䁞 Biết: - Ngõ vào là: t g - Ngõ ra là: M Bài 4: Thiết lập sơ đồ cấu trúc cho hệ phương trình sau: Biết: - Ngõ vào là: t g - Ngõ ra là: M Trang 147

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi CHƯƠNG 5 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN I. Khái niệm chung Chọn động cơ để trang bị cho máy sản xuất là một trong các mục tiêu của môn học truyền động điện. Để chọn được động cơ ta cần xét đến các yếu tố sau: loại động cơ (một chiều, không đồng bộ, đồng bộ …), khả năng điều chỉnh và phương pháp thực hiện điều chỉnh, cấp điện áp, kiểu cấu tạo và loại vỏ bảo vệ, cấp tốc độ định mức, công suất yêu cầu và một số yêu cầu riêng tùy theo từng loại máy hoặc môi trường làm việc. Nói chung, phần lớn các yếu tố trên được lựa chọn bằng cách căn cứ vào yêu cầu của quá trình công nghệ trên máy sản xuất, đặc điểm của nguồn điện, đặc điểm của môi trường làm việc…để quyết định phương án. Riêng yếu tố công suất động cơ đòi hỏi phải tính toán từng bước chặt chẽ và được coi là yếu tố quyết định cho việc lựa chọn đúng đắn động cơ truyền động cho máy sản xuất. Sau đây ta khảo sát một số nội dung cơ bản của việc tính toán công suất động cơ. 1. Mục đích của việc tính toán công suất động cơ Tính toán công suất cho động cơ theo yêu cầu của máy sản xuất là việc làm quan trọng để lựa chọn động cơ trang bị cho máy. Nếu tính chọn đúng công suất, thì hệ truyền động sẽ làm việc an toàn, kinh tế, động cơ sẽ làm việc đúng tuổi thọ thiết kế của nó, và máy sản xuất sẽ phát huy hết năng suất. Nếu chọn công suất động cơ quá lớn so với yêu cầu của máy (sau đây ta gọi là của phụ tải) thì kích thước và trọng lượng của động cơ cũng như của cả hệ truyền động cơ sẽ lớn lên, làm tăng vốn đầu tư ban đầu. Mặt khác động cơ sẽ thường xuyên làm việc non tải nên hiệu suất thấp, và nếu hệ sử dụng điện xoay chiều thì hệ số công suất cosφ cũng sẽ thấp. Ngược lại, nếu chọn công suất động cơ quá nhỏ so với yêu cầu phụ tải, thì động cơ sẽ phát nóng quá nhiệt độ cho phép, cách điện trong động cơ chóng già, tuổi thọ động cơ giảm xuống. Nếu chọn đúng công suất động cơ thì: tm䳌 ax tc䳌p (5-1) Trong đó: tomax - nhiệt độ lớn nhất của động cơ trong quá trình làm việc. tocp - nhiệt độ cho phép của động cơ, đựơc quy định bởi nhiệt độ cho phépcủa cấp cách cách điện trong động cơ, ví dụ cấp A: 105o, cấp E:120o, cấp B: 130o. Như vậy, việc tính chọn công suất động cơ thực chất là tính toán nhiệt độ làm việc của động cơ khi đã cho trước công suất đòi hỏi của máy sản xuất. Trang 148

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi 2. Sự phát nóng và nguội lạnh của động cơ điện. Từ nhận xét nêu trên, ta thấy để có cơ sở tính toán công suất động cơ ta cần xét quá trình phát nóng và nguội lạnh động cơ khi đóng cắt điện hoặc khi tăng giảm phụ tại của nó. Vì động cơ điện có cấu tạo phức tạp nên việc tính toán nhiệt của nó là kho khăn. Để cho đơn giản khi phân tích, ta đặt một số giả thiết sau: - Coi động cơ là vật thể đồng nhất về cấu tạo có hệ số dẫn nhiệt vô cùng lớn và nhiệt độ ở mọi điểm trong động cơ đều như nhau. - Coi nhiệt dung sai và hệ số tản nhiệt của động cơ là hằng số A. Một động cơ có hiệu suất η, khi làm việc với phụ tải trên trục động cơ Pc thì tổn thất công suất trong động cơ sẽ là: ∆ (5-2) Sau thời gian dt, nhiệt lượng sinh ra trong động cơ sẽ là: P.dt(Jun). Nhiệt lượng đó được chia làm hai phần: một phần để đốt nóng động cơ và phần còn lại tỏa ra môi trường xung quanh. Ta có phương trình cân bằng nhiệt như sau: ΔPdt=Cdτ + Aτdt (5-3) Trong đó: τ=tođc-tomt là nhiệt sai của động cơ, là hiệu số giữa nhiệt độ của động cơ (tođc) và nhiệt độ của môi trường (tomt). C - Nhiệt dung của động cơ, là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của động cơ lên 1oC (J/độ). A - Hệ số tản nhiệt của động cơ, là nhiệt lượng tỏa ra mặt ngoài của động cơ trong thời gian 1 giây khi nhiệt độ của nó cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh 10C (w/độ). Phương trình (5-3) ta viết lại như sau: ∆ h ͳ ͳt Hay: tđ (5-4) (5-5) Trong đó: Tn – hằng số thời gian phát nóng của động cơ (5-6) h ͳ τôđ nhiệt sai ổn định của động cơ ứng với khi t=∞ Δ ôđ ͳ Phương trình vi phân (5-4) có nghiệm là: Trang 149

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi đ tđtrong đó tđlà nghiệm của phương trình t 䳌 Giải phương trình trên ta được: t tđ t Nghiệm tổng quát của phương trình là: đ Điều kiện biên là: t䳌 đđ đđ t đ 䳌 Vậy nghiệm của phương trình là: t (5-7) ôđ đ ôđ  bđ –Nhiệt sai ổn định của động cơ ứng với khi t = 0. Như vậy giả sử ban đầu động cơ làm việc ổn định với phụ tải là Pc1,ứng với tổn thất công suất (nhỏ) ∆P1và nhiệt sai làm việc ổn định là 1  P1  bđ . Nếu ta tăng phụ tải A động cơ lên giá trị Pc2 (Pc2> Pc1) thì tổn thất công suất trong động cơ tăng lên ∆P2, tương ứng với nhiệt sai ổn định là 2  P2  ođ . Khi đó ta sẽ biểu diễn được nhiệt sai A τ = f(t) trong quá trình tăng nhiệt của động cơ, được gọi là ‘đường công phát nóng’ như trên hình 5.1a. Ngược lại, giả sử động cơ đang làm việt với tải Pc2, tương ứng với nhiệt sai τ2 = τôđ, nếuta giảm phụ tải xuống Pc1, thì nhiệt sai của nó giảm từ giá trị τ2 = τôđ (Tức là giá trị ban đầu) xuống giá trị ổn định 1  P1 . Khi đó ta sẽ biểu diễn được nhiệt sai τ=f(t) A trong quá trình giảm nhiệt của động cơ, được gọi là ‘đường cong nguội lạnh như trên hình vẽ 5.1b. Hình 5.1: Đường cong phát nóng và nguội lạnh của động cơ Trang 150