Đồ án tốt nghiệp

Tổng quan về điều chỉnh tốc
độ động cơ điện một chiều

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

0
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, xu thế công nghiệp hoá, hiện đại hoá đã
mang lại rất nhiều thay đổi cho đất nước. Đặc biệt là trong ngành tự động hoá
và có nhiều tiềm năng phát triển rất to lớn trong mọi lĩnh vực của cuộc sống.
Tự động hoá mang lại nhi

của động cơ. ta có đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, nếu động cơ vận hành ở
chế độ định mức. Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi
các tham số ngu
ồn hoặc nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ.
Để đánh giá về đặc tính cơ và so sánh nó người ta đưa ra khái niệm độ
cứng đặc tính cơ β.

M
Δ
β=
Δω
(1.1)

Hình 1.1
M
(3)
(2)
(1)
AM
Δω2
Δω1
ω
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2
2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập
Sơ đồ nguyên lý hình 1.2.

ư
được tính
E
ư
=
.

2.
PN
k
a
φ
φ
ω
=ω
π
(1.3)
K: hệ số cấu tạo của động cơ
φ: từ thông kích từ dưới 1 cực
ω: tốc độ góc
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì
Rf
E
+-
U
−
Rkt
-
U
kt

f
RR
U
M
K
(1.6)
Giả sử φ = const ta có đồ thị đặc tính cơ có dạng như hình 1.3.

Hình 1.3
Khi ω = 0
Ta có

==
+
−
nm
f
U
II
RR
(1.7)
và M = K. φ.I
nm
= M
nm
(1.8)
I
nm
, M
nm


Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống
như sau:
E
b
– E
ư
= I
ư
(R
b
+ R
ưđ
)

(
)
+
ω= −
φφ
−®
−
®m ®m
b
b
RR
E
I
KK
(1.12)

đm

Đồ thị đặc tính cơ là đường thẳng song song như hình 1.6.
Đ

BBĐ
R
b
I
R
ư
E
ư
E
b
U
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

5Hình 1.6
Trong suốt quá trình điều chỉnh điện âp phần ứng thì từ thông kích từ
được giữ nguyên, Mômen cho phép động cơ được tính:
M
cp
= K.φ
đm
.I
đm

: số vòng dây của dây quấn kích thích
Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên
bằng đm. Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng
chuyển mạch của cổ góp điện.
ω0max
ω
M,I
ωmax
ω0min
ωmin
M®m Mnmmin
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

6
§ 3. CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU.
1. Hệ truyền động F - Đ
Hệ thống máy phát động cơ F - Đ là một hệ truyền động điện mà bộ
biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập, máy phát này
thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha điều khiển quay máy phát
được xác đị
nh bởi hai đặc tính.
Đặc tính từ hoá
Đặc tính tải
Trong tính toán có thể tuyến tính hoá các đặc tính này
E
F
= K
F
. φ
F

K
RI
U
K
K
φφ
ω= −
(1.19)
§F
M
S
ω
UF = U®
I
ω
§
K
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

7

()
2

F
KF
K
R
UM
K

a hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay. Gây
ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp hành.
Ngoài ra do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ nên khó
điều chỉnh sâu tốc độ.
2. Hệ truyền động T - Đ
a. Khái quát chung
Hệ truyền động T - Đ:
+ Nguyên lý chung.
+ Sơ đồ thay thế.
+ Đặc tính cơ.
+ Đảo chiều.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

8
Do chỉnh lưu Tiristo dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển khi mở
còn khoá theo điện áp lưới dẫn đến truyền động van thực hiện đảo chiều khó
khăn và phức tạp hơn truyền động F-Đ. Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng
hệ truyền động T-Đ đảo chiều.
Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ
động
cơ.
b. Sơ đồ và nguyên lý làm việc.
Hình 1.8
Giả thiết α
1
<
2

id1
Lcb
icb
a
b
c
I
II
A1
B§1
KA2
K2
B§2
R
L
E
1
2
U
d
I
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

9
α
max
= π - (μ
max
+ δ)
Nếu chọn

R
E
UĐ
iDo
D0
DULDòng điện và điện áp của động cơ U
Đ
, i chỉ có giá trị dương khi khoá S
thông ta có U
D
= U
N
, i = i
N
khi khoá S ngắt i
N
= 0, U
Đ
= 0 và i = i
Do
.
Do tác dụng duy trì dòng của cuộn cảm L.
Nếu đóng ngắt khoá S với tần số không đổi thì hoạt động của mạch
tương tự như của chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ.
U
Đ
= E + ΔU

()
® −
u
t/t
N
T/T
1e
U
E
.
RR
1e
−
−
−
−
−()
()
® −
−
t/T
N
min
T/T
e1
U
E

UĐ
iDo
D0
DUL
S
i
đk
DURHình 2.1
Trên hình 2.1: Điện áp và dòng điện của động cơ U
Đ
, i chỉ có giá trị
dương. Khi khoá S thông ta có.
U
Đ
= U
N

i = i
N

Khi khoá S ngắt
i
N
= 0
U
Đ
= 0

Trên hình 2.2 mô tả qúa trình dòng điện và điện áp trong chế độ dòng
điện liên tục.
Phương trình điện áp khi S thông.
U
Đ
= E + ΔU
L
+ ΔU
R
(2.1)
Hoặc
i§
t
dUE
R
i
dL L
−
+=
(2.2)
Tại thời điểm t = 0
+
khoá S bắt đầu thông.
U
Đ
= U
N

i = I
min

® − ® −
t/T t/T
N
min
UE
1e I .e
R
−−
−
−+
(2.4)
Lúc này U
Đ
= 0; dòng điện động cơ khép mạch qua D
0
, nhận được
phương trình sau:.

di R E
i
dt ' L L
+=−
(2.5)
Trong đó t’ = t - t
đ
.
Tại t’ = 0
+
.
i = I

Tt /T Tt /T
max
E
1e I .e
R
−− −−
−+
(2.7)
Kết hợp (2.4) và (2.7) ta có:

(
)
()
® −
−
t/T
N
max
T/T
1e
U
E
I.
RR
1e
−
−
−
=−
−

min
=
N
UE
R
−
(2.10)
Nếu thời gian thông của khoá S giảm đến một giá trị tới hạn nào đó
t
đ
=t
đgh
thì dòng điện I
min
= 0 và hệ thống sẽ làm việc ở trạng thái biên giới
chuyển từ chế độ dòng điện liên tục sang chế độ dòng điện gián đoạn.
t
i
đk
t
t
x
UĐ
i
t
đ
T
t
t
đ T

e1
e1
σ
σ
−
−
(2.12)
Trong đó: m =
N
E
Uρ =
®
t
Tσ =
−
T
T

Tại trạng thái biên liên tục và trong vùng dòng điện gián đoạn do I
min
=0
nên từ (2.8) và (2.9) ta có:
I
max

(0 < t
đ
≤ t
đgh
)
Dòng điện này xẽ bằng không tại thời điểm t = t
x
hoặc t’ = t
x
- t
đ
thay
các điều kiện vào (2.11) ta có:
t
x
= T
ư
. Ln
()
® − ® −
t/T t/T
N
UE
e1 .1e
E
−
⎡⎤
−
⎛⎞
+−

⎡
⎤
=
⎢
⎥
⎢
⎥
⎣
⎦
∫∫∫

()
§N®x
1
UU.tttE
T
⎡⎤
=+−
⎣⎦
(2.16)
Trong chế độ dòng điện liên tục vì t
x
= T nên
®
§NN
t
U.U.U
T
==ρ
(2.17)

max
=
()
(
)
®gh −
t/T
N
1
UE1e
2R
−
−−

=
()
Nblt
1
.UK.
1
2R
φ
ρ
−
ω
ρ+
σ
(2.19)
Vì chế độ biên liên tục thuộc vùng dòng điện liên tục tức là phương
trình đặc tính (2.17) vẫn thoả mãn. Thay (2.17) vào (2.18) ta có:

phụ thuộc vào ρ và σ và U
N
và đạt giá trị cực
đại.
I
blt.th
=
(
)
N
U
.2 12
2
σ
−σ++
σ

Tại giá trị tới hạn của
ρ

ρ
th
=
(
)
1
11
+
σ−
σ

bị ngắt. Nếu E > 0 thì sẽ có dòng điện chạy ngược lại chiều ban đầu
do trong mạch chỉ có một nguồn duy nhất cấp là Sđđ E.
Công suất điện từ của động cơ là:
P
đt
= I. E > 0 (2.22)
Công suất điện từ được tích vào điện cảm L. Khi S
2
ngắt trên điện cảm
L sinh ra Sđđ này trở lên lớn hơn điện áp nguồn U
N
làm van D
2
dẫn dòng
ngược về nguồn và trả lại nguồn phần năng lượng đã tích lũy trong điện cảm
L trước đó.
Nếu các tín hiệu điều khiển các khoá như hình (2.7) sao cho giá trị
trung bình của dòng điện phần ứng là dương thì máy điện làm việc ở chế độ
động cơ ở góc phần tư thứ nhất của mặt phẳng toạ độ [
ω, I].
Một đặc điểm của bộ băng xung loại như trên là do dòng điện phần ứng
có phần âm nên giá trị trung bình của nó có thể nhỏ bỏ kỳ, thậm chí bằng
không và truyền động không có chế độ dòng điện gián đoạn. Dòng điện phần
ứng của ĐX - Đ loại B bao gồm 4 đoạn ứng với góc dẫn của 4 phần tử bán
dẫn
đó là:
S
1
, D
1

1
và van
D
1
không dẫn dòng. Quá trình đó được mô tả ở hình dưới như sau:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

22
3. Đặc tính cơ.

Hình:2.8
Đặc tính cơ của động cơ trong hệ thống này là các đường thẳng liên
tục, chạy song song nhau từ góc thứ I sang góc thứ II của mặt phẳng [
ω, I]
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

23
§3. ĐIỀU KHIỂN ĐỐI XỨNG.
1. SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ.

Trong phương pháp điều chỉnh này các cặp van lẻ và chẵn thay nhau
đóng cắt. Điện áp ra tải có 2 dấu +E và -E do đó giá trị trung bình của nó là:
U
t
=
T
t
0
1

⎜⎟
⎝⎠

U
t
= E
N
(2γ - 1) (2.2)