Chương II: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

13
Chương II:
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
2-1 : Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều (ĐM)
2-1-1 :Phương trình đặc tính cơ: Hình 2-1: Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
CKĐ : cuộn dây kích từ (Ω).
U
ư
: dòng điện đưa vào động cơ (V).
I
ư
: dòng điện phần ứng (A).
E : S . đ . đ (V).
R
ư
: điện trở dây quấn phần ứng (Ω).
R
f
: điện trở phụ: (Ω).
Theo sơ đồ hình 2-1 ta viết được phương trình cân bằng điện áp phần

¦
I
R
f
Ikt
Rkt
Ukt
CK§
+
Chương II: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

14
N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
a : số đối mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng.
φ
: từ thông dưới một cực từ.
ω : tốc độ góc Rad/s.
K =
a
PN
π
2
hệ số cấu tạo của động cơ.
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng / phút).
Ta có: E
ư
= Ke
φ
n.
ω =

Ư
của phần ứng động cơ ta được phương
trình đặc tính cơ của động cơ một chiều như sau:
ω =
φ
K
Uu
-
φ
K
RfRu +
.I
ư

Đây cũng là phương trình quan hệ giữa tốc độ (ω) và dòng điện. Phần
ứng của động cơ (I
ư
) hay là phương trình tốc độ.
Mặt khác mô men điện từ Mđt gồm mômen cơ học và mô men ma sát:
M
đt
= K
φ
I
ư
.
M
đt
= M + ΔM


.M
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đử, từ thông
φ
= const thì phương
trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ là phương trình tuyến
tính. Hình 2-2 và hình 2-3 là đặc tính của chúng. Hình2-2: đặc tính cơ của động cơ Hình2-3: đặc tính cơ của
điện một chiều kích từ độc lập. động cơ điện kích từ độc lập.
Theo đồ thị trên thì khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 ta có :
φ
K
Uu
= ω
0

ω
0
được gọi là tốc độ không tải lý tưởng khi ω = 0 ta có:
I
ư

m
I
ω
đm

ω
0
ω
M
đm
M
mn

I
Chương II: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

16
2-1-2: Xét ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ điện một chiều.
a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng.
Giả sử : U
ư
= U
đm
= const và
φ
=
φ
đ
= const muốn thay đổi điện trở phần
ứng ta nối thêm điện trở phụ R

với R
f
= 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên.

β
TN
=-
2
)(
Ru
dmK
φHình 2-4 các đặc tính cơ của
động cơ 1 chiều kích từ
độc lập khi thay đổi
điện trở phụ mạch phần ứng.
(R
f3
> R
f2
> R
f1
)

Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R
f
ta được một họ đặc tính cơ biến trở.
ứng với một phụ tải M

Chương II: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

17
Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với U
đm
ta có tốc độ không tải
lý tưởng: ω
0
=
dmK
U
φ
= var
Độ cứng của đặc tính cơ:
Ru
K
2
)(
φ
β
= const
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ
đường đặc tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên. Như hình vẽ
2-5 ta thấy rằng:
ω
0

32
1
ω

= U
đm
= const.
Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ I
kt
của động cơ.
Tốc độ không tải lý tưởng:
U
đm

TN
ω
0

ω
1

ω
2

ω
3

M
C
U
3
U
2
U

đặc tính cơ ở hình vẽ 2-6 với ω
0
tăng dần và độ cứng của đặc tính cơ giảm
dần khi giảm từ thông.
Hình 2-6: đặc tính cơ điện (a), đặt tính cơ (b) của động cơ
một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông.
Ta thấy rằng khi thay đổi từ thông thì:
Dòng điện ngắn mạch: I
mn
=
u
dm
R
U
= const.
Mô men ngắn mạch: M
mn
= K var.
=
mn
I

ω
0

φ
2
φ
1

φ
đm

TN
M
nm
M
nm1
M
nm

M
ω
a)
b)
Chương II: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

19


Hình 2-8 Xác định phạm vi điều chỉnh.
ω
0max

ω
max

ω
0min

ω
min

M
đm
M
nm min
E
b3
E
b2
E
b1
E

=ω
0max
-
β
dm
M

ω
min
=ω
0min
-
β
dm
M

Phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh dưới cơ bản hay dưới
định mức (điều chỉnh từ dưới ω
0min
đến M
đm
).
+ Sai số tốc độ:
Khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ
cứng đặc tính cơ toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tương đối sẽ
đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh.
S% =
min0
min
min

(ω) = M
c
(ω).
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là
rất thích hợp với tải có mô men không đổi trong toàn dải điều chỉnh.
2-3 : Hệ thống truyền động điện chỉnh lưu- động cơ.
Chương II: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

21
Trong hệ thống truyền động điện chỉnh lưu điều khiển - Động cơ một
chiều(CL - Đ), bộ biến đổi điện là mạch chỉnh lưu điều khiển có Sđđ E
d

phụ thuộc vào giá trị pha xung điều khiển (góc điều khiển). chỉnh lưu có
thể là nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động
cơ.
Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và
vào các tính chất của tải, trong truyền động điện tải của chỉ
nh lưu thường là
cuộn kích từ (L-R) hoặc là mạch phần ứng động cơ (L- R- E).
a) Chế độ dòng liên tục: Khi dòng điện chỉnh lưu nếu là liên tục thì sức
điện động chỉnh lưu là những đoạn hình sin nối tiếp nhau, giá trị
trung bình của sức điện động chỉnh lưu sơ đồ chỉnh lưu 3 pha được
tính như sau:
E
d
=
∫
π
ω

2
cosα = 1,17 U
2
cosα.
Công thức trên đúng với sơ đồ chỉnh lưu hình tia với sơ đồ hình cầu 3
pha thì điện áp chỉnh lưu không tải là E
d0
=
π
63
U
2
.⇒ E
d
= 2,34 U
2
. cosα.
Với sơ đồ cầu một pha điện áp chỉnh lưu không tải được tính là:
E
d0
π
22
U
2
= 0,9U
2


mà quá trình x
ẩy ra từ từ. Cùng tại một thời điểm có cả các van đều dẫn
dòng và chuyển mạch giưa các van (hiện tượng trùng dẫn) do có quá trình
chuyển mạch nên điện áp chỉnh lưu nó không được đẹp như trước nữa mà
nó thay đổi dạng điện áp (bị méo đi) dẫn đến điện áp chỉnh lưu bị suy giảm
một lượng là ΔU
γ
trị số điện áp trung bình được tính cho sơ đồ tia 3 pha:
ΔU
γ
=
π
2
3
X
a
I
d

X
a
= ωL
a
= 2
f
π
La
Sơ đồ cầu 3 pha: ΔU
γ
=


T
1
G
AB
(-)
+
(+)
-
T
2
G
U
2
Chương II: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

23
Hình 2-9: sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu điều khiển cầu một pha.

a) Nguyên lý làm việc:
Ở nửa chu kỳ đầu của điện áp nguồn U

→
(-) B. ở nửa chu kỳ sau thì điện áp
nguồn đổi dấu (+) ở B, (-) ở A Hai Thyristơ này tự nhiên bị khoá lại vì
U
L
=0 và Thyristơ T
2
, T
4
có thể dẫn. Tại thời điểm θ =π+α ta cho xung điều
khiển mở vào cực G của T
2
, T
4
dẫn đến T
2
,T
4
mở cho dòng điện chạy qua,
dòng điện được đi từ +B →T2 →Ld →Zt →T4 →-A kỳ sau thì nguyên lý
lại ngược lại được lặp lại như ban đầu. Tuỳ theo tính chất của tải mà dòng
I
d
có thể là liên tục hoặc gián đoạn.
b) Tải thuần trở R.
Chương II: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

24
Khi θ = θ
1
cho xung điều khiển T
1
,T
3
:U
d
= U
L
hai Tiristơ này sẽ tự
nhiên bị khoá lại khi U
L
= 0 , Khi θ = π+α cho xung điều khiển mở T
2

và T
4
: U
d
= U
L

Dòng tải I
d
là dòng gián đoạn vì I
d
có khoảng thời gian bằng không.
c) Tải trở cảm (R + L)
α

T2,3
2
π
π
+
α
θ
Chương II: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

25
Dòng tải qua T
1
,T
3
ở thời điểm (π+π) là chưa giảm về 0 khi hai van này
khoá lại vì do tính điện cảm của mạch
Như vậy dòng tải sẽ tiếp tục tồn tạivà chuyển sang hai van vừa mở ra
T
2
,T
4
vì thế ta có chế độ dòng điện liên tục vì với mọi thời điểm đều có
I
d
> 0
Phương trình mạch tải
L
U2
sin θd θ= Rid + x
θ

d
=
π
αcos.
2
U22

giá trị trung bình của van
I
TB
=
2
Id

Ta có đồ thị dạng điện áp dòng điện ở hình (2-11) π
α
2
π

θ
1

θ
Chương II: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

26

Hình 2-11: đồ thị điện áp, dòng điện chỉnh lưu cầu 1 pha khi tải là (R - L)
d) Hiện tượng chuyển mạch:
giả thiết khi T
1
,T
3
đang mở cho dòng điện chảy qua , i
T1,3
= I
d
khi θ = θ
2

cho xung điều khiển mở T
2
, T

Nếu chuyển góc toạ độ từ 0 sang θ
2
ta có
θ
=α+θ
d
dic
XcU2
2
)sin(
i
c
=
)]cos([cos α+θ−α
Xc
U2
2

đặt i
c
= i
c1
+ i
c2
với i
c1
= i
c2
=
2


27
do hiện tượng chuyển mạch nên điện áp chỉnh lưu bị suy giảm 1 lượng
ΔUγ
ΔUγ =
π
IdXc.2

khi L
d
≠ 0, giá trị trung bình của điện áp tải sẽ là:
U’
d
=
Ud
-
π
IdXc.2
với U
d
= α
π
cos
.
2
U22


Zt
T
3
T
4
T
2
U
L
T
1
i
c1
i
c2