Tài liệu ôn tập Điều khiển máy điện - Phần: Truyền động điện một chiều

Nội dung text: Tài liệu ôn tập Điều khiển máy điện - Phần: Truyền động điện một chiều

1. Truyền động điện một chiều -Đặc tính cơ của động cơ:  f M Đặc tính cơ tự nhiên: U R  u u M K K 2 Đặc tính cơ nhân tạo: U R R  u u f M K K 2 -Đặc tính cơ điện của động cơ:  f I U R R  u u f I K K u -Khởi động, đảo chiều và hãm động cơ. Ví dụ 1: Cho một động cơ một chiều kích từ song song với các thông số như sau: Điện áp định mức: Udm 220 V Dòng điện định mức: Idm 35 A Tổng trở mạch phần ứng: Ru 0,26  Công suất định mức: Pdm 6,6 kW Tốc độ: n 2200 (vòng/phút) Yêu cầu: Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét. Giải: Do đặc tính cơ  f M của động cơ điện một chiều có dạng là một đường thẳng nên ta cần phải xác định hai điểm của đặc tính cơ: (1) Điểm không tải M 0; 0  và (2) điểm định mức M M dm;  dm  . 1
2. Tốc độ góc định mức có dạng như sau: n 2200  dm 230,36 rad / s dm 9,55 9,55 Mô men định mức trên trục của động cơ: Pdm 6600 Mdm 28,65 Nm dm 230,36 Như vậy ta có điểm thứ nhất có tọa độ như sau: Mdm 28,65 Nm ; dm 230,36 rads / Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ  f M có dạng như sau: U R  u u M  (1) K K 2 0 Trong đó 0 là tốc độ không tải và  được gọi là độ sụt tốc có dạng như sau: U  u (2) 0 K R  u M (3) K 2 Trong phương trình (2), Uu đã biết trước Uu 220 V . Do đó, để tính 0 ta cần xác định hệ số K . Mặt khác đặc tính cơ điện  f I của động cơ có dạng như sau: U R URI  u uI u u u (4) KKu K Từ phương trình (4) suy ra: U R I K dm u dm (5) dm 220 0,26.35 K 0,9155 Wb 230,36 Tốc độ không tải có giá trị như sau: 2
3. U 220  u 240,31 rad / s 0 K 0,9155 Như vậy ta được điểm thứ hai của đặc tính cơ như sau: M 0 Nm ;0 240,31 rads / . Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ được vẽ qua hai điểm có dạng như hình 1. 250 200 150 100 omega (rad/s) 50 0 0 5 10 15 20 25 30 M (N.m) Hình 1. Đặc tính cơ tự nhiên. Độ sụt tốc được tính như sau:  0 dm 240,31 230,36 9,94 rad / s  9,94  % 100 100 4,14 % 0 240,31 Ta có nhận xét: Độ sụt tốc nằm trong giới hạn cho phép (dưới 5%). Độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên được xác định như sau: dM M 0 M 0 28,65  dm 2,88 Nms . . d 0 dm 240,31 230,36 Ví dụ 2: Cho một động cơ một chiều kích từ song song với các thông số như sau: Điện áp định mức: Udm 220 V 3
4. Dòng điện định mức: Idm 35 A Tổng trở mạch phần ứng: Ru 0,26  Công suất định mức: Pdm 6,6 kW Tốc độ: n 2200 (vòng/phút) Yêu cầu: Dựng đặc tính cơ nhân tạo khi mắc thêm điện trở phụ mạch phần ứng R f 1,5  và nhận xét. Giải: Do đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều cũng có dạng là một đường thẳng nên ta cần phải xác định hai điểm của đặc tính cơ: Điểm không tải M 0; 0  và điểm định mức M M dm;  dm  . Theo ví dụ 1 tọa độ thứ nhất là điểm không tải như sau M 0 Nm ;0 240,31 rads / . Như vậy, ta cần xác định tọa độ điểm thứ hai là điểm định mức khi có thêm điện trở phụ. Mô men định mức trên trục của động cơ theo ví dụ 1 là Mdm 28,65 Nm . Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ  f M khi có thêm điện trở phụ R f có dạng như sau: U R R  dm u f M  (6) dmK K 2 dm 0 Nhận xét: Khi mắc thêm điện trở vào trong mạch phần ứng thì độ sụt tốc  tăng lên. 0, 26 1,5  240,31 28,65 180,14 rad / s dm 0,91552 Như vậy ta có tọa độ của điểm thứ hai như sau: Mdm 28,65 Nm ; dm 180,14 rads / . Hình 3 là đặc tính cơ nhân tạo của động cơ qua hai điểm. 4
5. 250 200 150 100 omega (rad/s) 50 0 0 5 10 15 20 25 30 M (N.m) Hình 2. Đặc tính cơ nhân tạo khi mắc thêm điện trở phụ trong mạch phần ứng. Độ sụt tốc có thể được tính như sau:  0 dm 240,31 180,14 60,16 rad / s  60,16  % 100 100 25,04 % 0 240,31 Nhận xét: Độ sụt tốc lớn hơn 5%. Độ cứng của đặc tính cơ được tính như sau: dM M 0 M 0 28,65  dm 0, 48 Nms . . d 0 dm 240,31 180,14 Ta thấy đặc tính cơ nhân tạo có độ cứng nhỏ hơn đặc tính cơ tự nhiên (xác định từ ví dụ 1). Hình 4 là đặc tính cơ tự nhiên (nét liền) và nhân tạo khi mắc thêm điện trở phụ trong mạch phần ứng (nét đứt). Dễ thấy đặc tính cơ nhân tạo mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên. 5
6. 250 200 150 100 omega (rad/s) 50 Dac tinh co tu nhien Dac tinh co nhan tao 0 0 5 10 15 20 25 30 M (N.m) Hình 3. Đặc tính cơ tự nhiên (nét liền) và nhân tạo khi mắc thêm điện trở phụ trong mạch phần ứng (nét đứt). Ví dụ 3: Cho một động cơ một chiều kích từ song song với các thông số như sau: Điện áp định mức: Udm 220 V Dòng điện định mức: Idm 35 A Tổng trở mạch phần ứng: Ru 0,26  Công suất định mức: Pdm 6,6 kW Tốc độ: n 2200 (vòng/phút) Để động cơ dùng sau khi ngắt khỏi nguồn, hãm động năng được sử dụng. Yêu cầu: Xác định điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng. Giải: Hãm động năng của động cơ một chiều được thực hiện như sau: Ngắt phần ứng của động cơ ra khỏi nguồn cấp Nối hai đầu động cơ với một điện trở (điện trở hãm) Trước khi hãm, động cơ có điểm làm việc như sau: 0 240,31 rad / s (theo ví dụ 1) 6
7. Điện áp định mức: Udm 220 V Dòng điện định mức: Idm 35 A Sức điện động ngược trong mạch phần ứng của động cơ ở chế độ xác lập được tính như sau: EURI dm u dm 220 0,26.35 210,9 V Dòng điện hãm ban đầu: IIhbd 2. dm 2.35 70 A Điện trở trong mạch phần ứng bao gồm điện trở phần ứng của động cơ và điện trở hãm được tính như sau: E 210,9 Ru RR u h 3,01  Ihbd 70 Điện trở hãm được tính như sau: Rh R u R u 3,01 0, 26 2,75  Ví dụ 4: Cho một động cơ một chiều kích từ song song với các thông số như sau: Điện áp định mức: Udm 220 V Dòng điện định mức: Idm 35 A Tổng trở mạch phần ứng: Ru 0,26  Công suất định mức: Pdm 6,6 kW Tốc độ: n 2200 (vòng/phút) Để hạn chế dòng điện khởi động, điện trở phụ theo ba cấp được mắc thêm trong mạch phần ứng. Yêu cầu: Xác định điện trở phụ sử dụng để hạn chế dòng điện mở máy. Giải: Hình 5 là sơ đồ khởi động động cơ một chiều sử dụng điện trở phụ theo hai cấp có đảo chiều và hãm động năng. 7
8. Hình 4. Sơ đồ khởi động động cơ một chiều sử dụng điện trở phụ theo hai cấp có đảo chiều và hãm động năng. Đối với động cơ một chiều, dòng điện mở máy trực tiếp Imm0 được tính như sau: U dm Imm0 (7) Ru Đối với động cơ công suất lớn, điện trở phần ứng của động cơ bé làm cho dòng điện mở máy lớn (từ 15 đến 20 lần dòng điện định mức của động cơ). Do đó, chúng ta phải bắt buộc dùng điện trở phụ mắc nối tiếp vào mạch phần ứng để hạn chế dòng mở máy. Phương pháp này được gọi là phương pháp mở máy gián tiếp. Điện áp ngược trong mạch phần ứng En ứng với tốc độ định mức dm được tính như sau EKn . dm 0,9155.230,36 210,9 V Dòng điện định mức cho trước: Idm 35 A Dòng điện mở máy gián tiếp có dạng như sau: 8
9. Udm Imm Ru R f Theo tiêu chuẩn của nhiều nước, dòng điện mở máy phải nhỏ hơn 2,5 dòng định mức: IImm 2,5 dm 2,5.35 87,5 A Dễ dàng suy ra: U dm 2,5Idm Ru R f U dm 220 Rf R u 0, 26 2, 25 2,5Idm 2,5.35 Chọn R f 3  Kiểm tra các điều kiện khởi động tại các tốc độ khác nhau của động cơ Sau khi khởi động một khoảng thời gian, tốc độ động cơ tăng đến 500 vòng / phút . Khi đó sức điện động ngược sẽ có giá trị như sau: n 500 EKK . .1 0,9155. 47,93 V n1 1 9,55 9,55 Udm E n1 220 47,93 Imm1 52,78 A Ru R f 0,26 3 Nhận xét: Dòng mở máy nhỏ hơn 2,5Idm 87,5 A Sau một khoảng thời gian, tiếp điểm 1G đóng lại. Khi đó điện trợ phụ giảm còn 2/3 của điện trở phụ ban đầu. Giả thiết tốc độ động cơ tăng đến 1000 vòng / phút . Khi đó, sức điện động ngược được tính như sau: n 1000 EKK . .2 0,9155. 95,86 V n2 2 9,55 9,55 U E 220 95,86 I dm n2 54,92 A mm2 2 2 R R 0,26 3 u3 f 3 9
10. Nhận xét: Dòng mở máy nhỏ hơn 2,5Idm 87,5 A Sau một khoảng thời gian, tiếp điểm 2G đóng lại. Khi đó điện trợ phụ giảm còn 1/3 của điện trở phụ ban đầu. Giả thiết tốc độ động cơ tăng đến 1500 vòng / phút . Khi đó, sức điện động ngược được tính như sau: n 1500 EKK . .3 0,9155. 143,79 V n3 3 9,55 9,55 Dòng điện mở máy được xác định như sau: U E 220 143,79 I dm n3 60,47 A mm3 1 1 R R 0,26 3 u3 f 3 Nhận xét: Dòng mở máy nhỏ hơn 2,5Idm 87,5 A Sau một khoảng thời gian, tiếp điểm 3G đóng lại, điều này có nghĩa là điện trợ phụ bằng không. Khi đó, dòng điện phần ứng là dòng điện định mức của động cơ. Điện trở hãm được tính như sau: Endm E ndm K dm Rh R u R u 0, 26 2,75 Ihbd 2. I dm 2.35 10