Đồ án Động cơ điện một chiều (Bộ môn tự động hóa)

Đồ án Động cơ điện một chiều (Bộ môn tự động hóa) - 1 - Đồ án : Động cơ điện một chiều (Bộ môn tự động hóa) CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Trong mọi ngành sản xuất hiện nay,các công nghệ tiên tiến,các dây truyền thiết bị hiên đại đac và đang thâm nhập vào nước ta.Vớí chính sách mở cửa của đảng và nhà nước,chắc chắn nền kỹ thuật tiên tiến trên thế giới sẽ ngày càng thâm nhập vào Việt Nam.tác dụng của các công nghệ mới và nhưng dây truyền, thiết bị hiện đại đã và đang góp phần tích cực thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá.Các máy điện hiện đại trong mọi lĩnh vực đa phần hoạt động nhờ vào điện năng thông qua các thiết bị chuyển đổi điện năng thành cơ năng, nhiệt năng...trong cá dây truyền hiện đại , các thiết bị máy móc khác muốn hoạt động, vận hành không thể không kể đến các động cơ điện.Đặc biệt hơn nữa trong quyển báo cáo này em muốn đề cập sâu hơn nữa về động cơ điện một chiều. Trong rất nhiều máy móc cần đến các loại động cơ điện một chiều với những mức công suất to nhỏ khác nhau phù hợp với chức năng hoạt động của nó. Động cơ điện một chiều dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện năng (khi hãm). Trong động cơ điện có rất nhiều loại khác nhau như: Động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ Rotor lồng sóc hay dây quấn, động cơ điện xoay chiều ba pha có cổ góp. Động cơ điện một chiều co những loại: +Động cơ điện một chiều kích từ độc lập +Động cơ điện một chiều kích từ song song - 2 - +Động cơ đện một chiều kích từ nối tiếp +Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp hay kích từ băbf na châm vĩnh cửu. Nói tóm lại động cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong các dây truyền thiết bị,các cơ cấu vận hành như thang máy,máy nâng...Nó có vai trò quan trọng và cần thiết trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá của đất nước ta hiện nay.Với cấu tạo không quá phức tạp và khó khăn cho chung ta chế tạovà sửa chữa nó.Góp phần cải thiện cuộc sống, sức lao động của con người nói chung và nhân dân Việt Nam ta nói riêng. I - NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động.Chiều của từ lực được xác định bằng quay tắc bà tay trái.Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng thì chúng đều hoatj đông theo quy tắc này. * ) Cấu tạo chung của động cơ điện một chiều: 1 ) Cấu tạo : Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh ( Stator ) và phần động ( Rotor ). A ) Phần tĩnh gồm có : a ) Cực từ chính : Cực từ chính là phần sinh ra từ trường gồm có lõi sắt và cuộn dây : - 3 - Lõi sắt cực từ được làm từ các lá thép kỹ thuật hoặc thép cacbon dầy : 0,5 41 mm được ép lại với nhau và tán chặt thành một khối các cực từ được gắn vào vỏ máy bằng các bulông. Một cặp cực từ (đôi cực) gồm hai cực nam - bắc đặt đối xứng với nhau qua trục động cơ, tuỳ theo động cơ mà động cơ có thể có 1,2,3,... các máy điện nhỏ cực từ được làm bằng thép khối. Dây quấn kích từ làm bằng dây đồng có tiết diện tròn hoặc chữ nhật được sơn cách điện và được quấn thành từng cuộn. Các cuộn dây được mắc nối tiếp với nhau. Các cuộn dây được bọc cách điện cẩn thận trước khi đặt vào các cực từ. b ) Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính để cải thiện tình trạng đổi chiều. Cực từ phụ được làm bằng thép khối trên đặt các cuộn dây quấn. Dây quấn cực từ phụ tương tự như dây quấn cực từ chính. c ) Gông từ : Gông từ là phần nối tiếp các cực từ . Đồng thời gông từ làm vỏ máy , từ thông móc vòng qua các cuộn dây và khép kín sẽ chạy trong mạch từ. Trong máy - 4 - điện lớn gông từ làm bằng thép đúc, trong các máy điện nhỏ gông từ làm bằng thép lá được uốn lại thành hình trụ tròn rồi hàn. d ) Các bộ phận khác : - ) Nắp máy : Nắp máy dùng để bảo vệ các chi tiết của máy tránh không cho các vật bên ngoài rơi vào trong máy có thể làm hỏng cuộn dây, mạch từ ...Đồng thời nắp máy để cách ly người sử dụng với bộ phận của máy khi động cơ đang quay, đang có điện. Ngoài ra nắp máy còn là giá đỡ ổ bi của trục động cơ. - ) Cơ cấu chổi than : Cơ cấu chổi than để đưa dòng điện từ ngoài vào nếu máy là động cơ và đưa dòng điện ra nếu máy là phát điện. Cơ cấu chổi than gồm có 2 chổi than làm từ than cacbon thường là hình chữ nhật. Hai chổi than được đựng trong hộp chổi than và luôn tỳ lên hai vành góp nhờ 2 lò xo. Hộp chổi than có thể thay đổi được vị trí sao cho phù hợp. B ) Phần quay : a ) Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường được làm bằng tôn Silic dầy 0,5mm có phủ một lớp cách điện sau đó được ép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy Phucô gây lên. Trên các lá thép có dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các rãnh đặt cuộn dây phần ứng vào. Lõi sắt là hình trụ tròn và được ép cứng vào với trục tạo thành một khối thống nhất. Trong các máy điện công suất trung bình trở lên người ta thường dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các lỗ thông gió làm mát cuộn dây và mạch từ. - 5 - b ) Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Trong máy điện nhỏ dây quấn phần ứng có tiết diện tròn, với động cơ có công suất vừa và lớn tiết diện dây là hình chữ nhật. Khi đặt dây quấn phần ứng vào rãnh Rotor người ta phải dùng các nêm, chèn lên bề mặt của cuộn dây, các nêm này nằm trong rãnh đặt các cạnh dây quấn để tránh cho dây không bị văng ra ngoài khi dây chịu lực điện từ tác động. c ) Cổ góp : Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến góp bằng đồng ghép lại thành hình trụ tròn sau đó được ép chặt vào trục. Các phiến góp được cách điện với nhau bằng các tấm mea đặt ở giữa. Đuôi các phiến góp nhô cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, mỗi phiến góp có đuôi chỉ hàn một đầu dây và tạo thành các cuộn dây phần ứng nối tiếp nhau. d ) Các bộ phận khác : - 6 - - ) Cánh quạt : Cánh quạt dùng để làm mát động cơ. Cánh quạt được lắp trên trục động cơ để hút gió từ ngoài qua các khe hở trên nắp máy, khi động cơ làm việc gió từ ngoài vào qua các khe hở trên nắp máy , khi động cơ làm việc gió hút vào làm nguội dây quấn, mạch từ. - ) Trục máy : Trục máy được làm bằng loại thép cứng nhiều cacbon. Trên trục máy đặt lõi thép phần ứng và cổ góp. Hai đầu của trục máy được gối lên 2 vòng bi ở nắp máy. * ) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều : Từ trường của động cơ được tạo ra nhờ các cuộn dây 5 có dòng điệnmột chiều chạy qua.Các cuộn dây này gọi là cuộn cảm (hay cuộn kích từ) và được cuốn quanh các cực từ 4.Trên hình vẽ động cơ điện một chiều,stator 6 của động cơ có đặt các cuộn cảm nên stator gọi còn gọi là phần cảm.từ trường do cuộn cảm tạo ra sẽ tác dụng một từ lực vào các dây dẫn rotor 7 đặt trong các rãnh của rotor 3 khi có dòng điện chạy qua.Cuộn dây này gọi là cuộn ứng.Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua các chổi than 2 và cổ góp 1.Rotor mang cuộn ứng nên gọi là phần ứng của động cơ. - 7 - - Trong hình vẽ các dây dẫn cuộn ứng ở nửa trên rotor có dòng điện hướng vào,còn các dây dẫn ở nửa dưới của rotor có dòng điện hướng ra khỏi hình vẽ.Từ lực F tác dụng vào các dây dẫn rotor có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái sẽ tạo ra mômen làm quay rotor ngược chiều kim đồng hồ.động cơ trên có 2 cực từ hay một đôi cực (1 cặp cực, P=1). - 8 - - Trong thời gian động cơ làm việc,cuộn cảm tạo ra từ trường Φd dọc trục cực từ và phân bố đối xứng với cực từ.Mặt phẳng OO trên đó có đặt chổi than, vừa là mặt phẳng chung tính vật lý .Đồng thời dòng điện trong cuộn ứng cũng tạo ra từ trường riêng Φn hướng ngang trục cực từ .Từ trường tổng cộng trong động cơ mất tính chất đối xứng dọc trục (hình c) và mặt phẳng trung tính vật lý quay đi một góc Φ (ngược chiều quay của rotor)so với mặt phẳng trung tính hình học. - Khi mà dòng điện trung tính càng mạnh thì Φn càng mạnh và góc quay β càng lớn.Khi đó ta có thể nói phản ứng phần ứng càng mạnh. - phản ứng phần ứng là một trong những nguyên nhân gây ra tia lửa điện giữa chổi than và cổ góp cũng như giữa các lá góp trong cổp góp.Chúng ta có thể hạn chế ảnh hưởng này nhờ xoay chổi than theo vị trí mặt phảng trung tính vật lý.(tức là theo góc β).Thông thường trong các động cơ điện một chiều hiện nay, người ta thường thê cực từ phụ. - Cực từ phụ được đặt giũa các cực từ chính và cuộn dây cực từ phụ sẽ tạo ra từ trường ngang trục so cới từ trường chính và ngược chiều với từ trường Φn của - 9 - cuộn ứng để khử từ trường Φn .Nhờ vậy phản ứng phần ứng bị hạn chế và quá trình chuyển mạch trong động cơ sẽ tốt hơn. - Bởi vì rằng từ trường Φn gây ra phản ứng phần ứng tỉ lệ với dòng điện phần ứng Iưnên cuộn dây cực từ phụ được mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.Do vậy khi dòng điện phần ứng tăng lên thì cuộn dây cực từ phụ cũng sinh ra từ truờng ngược mạnh hơn để khử từ trường Φn. - Ngoài ra,biện pháp tăng khe hở không khí giữa Stator và rotor cũng được áp dụng.Cách này dẫn đến sự tăng kích thước động cơ và phải tăng cường thêm cuộn kích từ chính vì khe hở không khí lớn sẽ làm yếu từ trường chính. - Còn đối với các loại động cơ điện một chiều có công suất trung bình và lớn thì biện pháp chính là thêm cuộn dây bù đặt trong rãnh ở các cực từ chính (Như hình vẽ) nhằm tạo ra từ thông Φb ngựoc chiều với Φn làm từ thông ở khe hở không khí không bị méo nữavà cuộn bù cũng được mắc nối tiếp với cuộn ứng. - 10 - - Trên đây là nguyên lý làm việc chung của một động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng thì chúng đều hoạt động dựa theo nguyên lý này.Và cùng với các phương pháp để có thể hạn chế được những nhược điểm của động cơ điện một chiều với các phương pháp đã nêu ở trên. II - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song. - Trong động cơ điện một chiều gồm có bốn loại khác nhau.Và ở chương này chúng ta đề cập kỹ hơn về hai loại động cơ điện một chiều kích từ độc lập và động cơ điện một chièu kích từ song song. - Trước tiên chúng ta cần hiểu và phân biệt rằng hai động cơ điện một chiều kích tư độc lập và động cơ điện một chiều kích từ song song. - Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (Cuộn ứng). Và khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch điện phần kích từ được mắc vào hai nguồn điện một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập. - 11 - - Nếu cuộn kích từ và cuộn ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn điện thì động cơ là loại kích từ song song.Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì phần ứng và phần kích từ thường mắc song song.Trong trường hợp này mà nguồn điện có công suất rất lớn so với công suất động cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự như động cơ kích từ độc lập. 1 - Phương trình đặc tính cơ : - Khi động cơ làm việc rotor mang cuộn ứng quay trong từ trường của cuộn cảm nên trong cuộn ứng lại xuất hiện một sức điện động cảm ứng (hay còn gọi là sức phản điện động).Có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng của động cơ.Theo sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập và động cơ một chiều kích từ song song ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: U = E +IưRưΣ Trong đó: U: điện áp lưới (V) - 12 - E: Sức điện động của động cơ (V) Iư::dòng điện phần ứng của động cơ (A) RưΣ :Điện trở toànbộ của mạch phần ứng (ς) RưΣ = Rư +Rp Rp: Điện trở phụ trong mạch phần ứng (ς) Rư:Điện trở mạch phần ứng (ς) Rư = rư +rct+ rcb + rcp rư : Điện trở cuộn dây phần ứng . rct : Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp. rcb: Điện trở cuộn bù. rcp:Điện trở cuộn phụ. Sức điện động Eư của phần ứng động cơ dược xác định theo biểu thức: Eư = wkwa PN Φ=Φπ2 (*)(*) Trong đó P: Số đôi cực từ chính N:Thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a: số đôi mạch nhán song song của cuộn dây phàn ứng Φ :Từ thông kích từ dưới cực từ ω b ϖ: Tốc độ góc rad/s K = a PN π2 Hệ số cấu tạo của động cơ +Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eư =KeΦn Và ϖ= 60 2 nπ = 55,9 n - 13 - Vì vậy Eư = a PN 60 Φn Ke = a PN 60 : Hệ số sức điện động của động cơ Ke = 55,9 k ≈0,105K Từ phương trình (*)và (**) ta có: ϖ = ΦK Uu - Φ + K RR fu Iư (***) Biểu thức (***) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ. Mặt khác mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi : Mđt = KΦIư Suy ra : Iư = ΦK M dt Thay giá trị Iư vào (***) ta được phương trình : ϖ = ΦK U u - 2)( Φ + K RR fu Mđt Nếu chúng ta bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng với mômen điện từ, ta ký hiệu M. Nghĩa là Mđt = Mcơ = M. ϖ = ΦK Uu - 2)( Φ + K RR fu M (****) Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 2 - Giả sử rằng phần ứng của động cơ dược bù đủ,từ thông Φ =const, thì phương trình đặc tính cơ điện(***) và phương trình đặc tính cơ (****) là tuyến tính.Khi đó dồ thị của chúng được biểu diễn trên hình vẽ là những đường thẳng. - 14 - a. Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiêu kích từ độc lập. b.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. - 15 - Theo đồ thị trên khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có: ϖ = ΦK Uu = ϖ0 Khi đó thì ϖ0 được là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Còn khi ϖ = 0 ta có từ phương trình đặc tính cơ của động cơ và phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.Ta có: Iư = fR U +uR = Inm M = KΦInm Và Inm, Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và momen ngắn mạch của động cơ. Qua đồ thị đường đặc tính cơ điện, đặc tính cơ của động cơ một chiều ta thấy đồ thị là đường thẳng. Nên phương trình đặc tính cơ có dạng : ϖ = ΦK U u - 2)( Φ + K RR fu M là hàm bậc nhất y = Ax +B, nên đường biểu diễn trên hệ toạ độ M0ω là một đường thẳng với độ dốc am.Đường đặc tính cơ cắt trục tung oω tại điểm có tung độ: ϖ = ΦK U - 16 - Tốc dộ động cơ ϖ0 là tốc độ ứng với Mc = 0 nghĩa là khi không có lực cản nào cả.Đó là tốc độ lớn nhất của động cơ mà không thể đạt được ổ chế độ động cơ vì không bao giờ xảy ra được trường hợp Mc = 0 (do lực ma sát luôn luôn tồn tai khi động cơ quay)Vì vậy như ta đã nói ở trên ϖ0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Khi mà toàn bộ các thông số điện của động cơ là định mức như thiết kế và không mắc thêm điện trở phụ vào mạch động cơ thì RưΣ = Rư và phương trình đặc tính cơ của động cơ được viết là: ϖ = ΦK Uu - 2 Σ )( ΦK Ru M (*) Thì khi này đường đặc tính cơ lúc này được gọi là đường đặc tính cơ tự nhiên và đường đặc tính cơ tự nhiên được biểu diễn như hình vẽ: - 17 - - Với đường đặc tính cơ như vậy.khi mà phụ tải của động cơ tăng dần từ Mc = 0 đến Mc= Mđm (ΔMc = Mđm – 0) thì tốc độ động cơ sẽ giảm dần từ xuống Φđm ( Δϖ=ϖ0 - ϖđm).Khi đó điểm A(ϖđm , Mđm) gọi là điểm làm việc định mức của động cơ. Phương trình : ϖ = ΦK Uu - 2 Σ )( ΦK Ru M Và : ϖ = dmΦK U u - 2)Φ(K Ru M Có thể viết dưới dạng ϖ = ϖ0 - Δϖ với độ sụt dốc tỷ lệ với mômen tải: - 18 - ΔM = 2Σ )( ΦK R u M Chúng ta có thể thấy rõ rằng đường đặc tính cơ có thể vẽ được nhờ vào hai điểm ϖ0 và A.Cũng có thể kết hợp một trong hai điểm đó với một điểm thứ ba là điểm cắt của đường đặc tính cơ với trục hoành OM. Điểm này có tung độ ϖ = 0 và hoành độ được suy ra từ phương trình( *) : M = Mnm = KΦđm u dm R U = KΦđm Inm Trong đó : Inm= u dm R U Mnm, Inm là giá trị mômen lớn nhất và dòng điện lớn nhất của động cơ khi được cấp điện đầy đủ mà tốc độ bằng không.Trường hợp này xảy ra khi bắt đầu mở máy, và khi động cơ đang chạy mà bị dừng lại vì kẹt hoặc tải quá lớn không kéo được. Và dòng điện Inm này lớn và thường bằng Inm = ( 10420 )Iđm. Nó có thể gây cháy hỏng động cơ nếu hiện tượng này kéo dài. Chính vì nguyên nhân này để đảm bảo tuổi thọ của động cơ, đồng thời bảo vệ động cơ.Nên khi mở máy chúng ta phải thêm điện trở phụ vào mạch rotor để hạn chế dòng điện mở máy và khi động cơ đang chạy mà bị sự cố dừng đột ngột thì cần phải cắt điện cấp cho động cơ ngay. 3- Ảnh hưởng của các thông số với đặc tính cơ : Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiêud kích từ độc lập.Ta thấy có ba tham số ảnh hưởng tới đặc tính cơ của động cơ: từ thông động cơ Φ,điện áp phần ứng Uư,và điện trở phần ứng của động cơ.Chúng ta sẽ lần lượt đề cập những ảnh hưởng của các tham số này. - 19 - a. Ảnh hưởng của điện trở phần ứng : Giả thiết Uư = Uđm = const và Φ = Φđm =const Để thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.Trong trường hợp này tộc độ không tải lý tưởng ϖ = dm dm K U Φ = const Còn độ dốc (hay độ cứng) sẽ thay đổi theo tỷ lệ thuận theo điện trở tổng cộng phần ứng : β = - 2)( Φ Σ K Ru = var Như vậy khi tăng điện trở phụ Rf trong mạch phần ứng ta được một họ đường đặc tính nhân tạo cùng đi qua điểm O (0,0). - 20 - Khi tăng Rflớn, β càng nhỏ nghĩa là đường đặc tính cơ càng dốc.Ưng với giá trị Rf = 0 ta có đường đặc tính cơ tự nhiên β = fu dm RR K + 2)Φ( = var Khi Rf = 0 suy ra : u dm TN R K 2)Φ( =β - 21 - Từ đó suy ra βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đướng đặc tính có điện trở phụ. Tóm lại khi ta thay đổi điện trở phụ Rf ta được một họ đường đặc tính biến trở có dạng như hình vẽ.Ưng với mỗi phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm.Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản. b. ảnh hưởng của điện áp phần ứng : Giả sử từ thông Φ = Φđm = const điện trở phần ứng Rư = const. Khi chúng thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm.Vì điện áp đặt vào phần ứng không thể thay đổi vượt qua giá trị định mức.Trong trường hợp này, dộ dốc (hay độ cứng) của đặc tính cơ không thay đổi. β = - uR K 2)Φ( = const Còn tốc độ không tải lý tưởng ω o thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp cấp cho động cơ: varΦ ω0 == dmK U Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng,ta được một họ đường đặc tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên (TN) và thấp hơn đường đặc tính cơ tự nhiên.Các đường đặc tính cơ này gọi là các đường đặc tính cơ nhân tạo. - 22 - Chúng ta có thể nhận thấy rằng khi thay đổi điện áp ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch, dòng điện nhắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. c. Ảnh hưởng của từ thông : Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = const. Điện trở phần ứng Rư = const. Để thay đổi dòng kích từ Ikt nhờ biến trở Rkt mắc ở cuộn cảm. Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng và độ dốc đặc tính cơ đều thay đổi. + Tốc độ không tải lý tưởng varox =Φ = x dm K U ω + Độ cứng đặc tính cơ : var )Φ( β 2 x == uR K I− Ikt U = var § + - + - + + - - - 23 - Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì ϖox tăng còn β giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với ϖox tăng dần và độ cứng của đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông. Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông : - 24 - Dòng điện ngắn mạch : constR U I u dm nm == Momen ngắn mạch : Mnm = KΦđm Inm = Var Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ giảm khi giảm từ thông được biểu diễn trên hình vẽ 4 - Đảo chiều động cơ: - 25 - Chiều từ lực tác dụng vào dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi đảo chiều quay từ thông hay đảo chiều dòng điện thì từ lục có chiều ngược lại.Vậy muốn đảo chiều động cơ điện một chiều có thể thực hiện một trong hai cách như hình vẽ trên và đường đặc tính cơ của động cơ khi quay thuận và khi quay ngược là đối xứng nhau qua gốc toạ độ. - 26 - Phương pháp đảo chiều từ thông thực hiện được nhẹ nhàng vì mạch từ thông có công suất nhỏ hơn mạch phần ứng. Tuy vậy vì cuộn kích từ có số vòng dây lớn, hệ số tự cảm lớn, do đó thời gian đảo chiều tăng lên nên phương pháp này ít được sử dụng. Ngoài ra dùng phương pháp đảo chiều từ thông thì khi từ thông qua trị số không có thể làm tốc độ tăng quá, không tốt cho động cơ. 5 - Khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập : Như chúng ta đã biết lúc bắt đầu đóng điện cho động cơ, tốc độ động cơ còn bằng không nên dòng điện động cơ lúc này ngắn mạch.Và dòng ngắn mạch này được tính là rất lớn. u dm nm R U I = Tạo ra mômen ngắn mạch cũng rất lớn: nmdm u dm dmnm IKR U KM Φ==Φ= Dòng điện mở máy của động cơ là rất lớn: dm u dm nmmm IR U II )2010( ÷=== Đối với động cơ có công suất càng lớn thì Rư thường có giá trị càng nhỏ và khi ấy dòng điện Inm càng lớn. Điều này làm xấu chế độ chuyển mạch trong động cơ, đốt nóng mạch động cơ và gây sụt áp lưới điện. Tình trạng này càng xấu hơn nếu hệ truyền động điện thường xuyên phải mở máy, đảo chiều, hãm điện thường xuyên như ở máy trục, máy can đảo chiều, thang máy lên xuống.v.v.. Mmm = Mnm = KΦđm Inm - 27 - Vậy để đảm bảo an toàn cho động cơ và các cơ cấu truyền động cũng như ảnh hưởng xấu đến lưới điện, phải hạn chế dòng điện khi mở máy, không cho vượt qua giá trị: Imm = (1,5 4 2,5) Iđm Nghĩa là chúng ta cần phải thêm điện trở phụ như hình vẽ trên vào mạch phần ứng sao cho : fu dm mm RR U I + = = dm u dm I R U )5,25,1( Σ ÷ Công suất động cơ lớn thì phải chọn Imm nhỏ. Trong quá trình mở máy, tốc độ động cơ w tăng dần lên, sức điện động của động cơ lúc này E = KΦϖ cũng tăng dần nhưng dòng điện của động cơ khi ấy sẽ bị giảm do đó mômen cũng sẽ giảm. - 28 - fu RR EU I + = _ Chúng ta vẽ và có thể nhìn thấy rõ hơn điều những điều ấythông qua sơ đồ đặc tính cơ lúc mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập qua một cấp điện trở phụ. Đặc tính cơ động cơ mở máy theo mũi tên trên đường đặc tính cơ 1 như trên sơ đồ.Nếu giữ nguyên Rp trong mạch phần ứng thì khi tốc độ tăng theo đặc tính 1 tới điểm B, mômen động cơ giảm từ mở máy Mmm, xuống bằng mômen cản Mc động cơ sẽ quay ổn định với tốc độ góc thấp ϖb.Do vậy khi mômen giảm đi một mức nào đó (chẳng hạn MD) thì phải cắt điện trở phụ trong mach phần ứng nhờ đóng tiếp điểm k để động cơ trở về làm việc (hay tiếp tục mở máy). Trên dặc tính tự nhiên tại điểm E. Lúc này mômen động cơ ME lại lớn hơn nhiều mômen tải MC nên động cơ tiếp tục tăng nhanh. Tới điểm A thì mômen động cơ bằng với mômen cản MD = MC và động cơ sẽ chạy ổn đinh với tốc độ ϖA trên đường đặc tính cơ tự nhiên. - 29 - Chúng ta cần phải chú ý rằng khi đóng tiếp điểm K để cắt điện trở phụ Rf ra khỏi mạch Rotor thì ngay lập tức động cơ chuyển từ điểm làm việc D trên đường đặc tính cơ nhân tạo1 sang làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên 2. Do quán tính cơ học, khi chuyển đặc tính tốc độ động cơ không kịp thay đổi trong một thời gian qúa ngắn nên đoạn chuyển đổi DE là nằm ngang. Mở máy động cơ theo sơ đồ nối dây gọi là mở máy động cơ qua một cấp điện trở. Trong thực tế để giảm bớt sự biến động mômen và thời gian lúc mở máy thì động cơ thường mở máy qua vài cấp điện trở phụ.chúng ta có thể mở máy động cơ qua 2 cấp, 3 cấp... điện trở phụ với các đặc tính cơ tương ứng như khi mở máy động cơ qua một cấp điện trở và các điện trở phụ này được tính chọn sao cho các đặc tính cơ mở máy có các điểm chuyển đổi tương ứng với các mômen: M1 ≈ (2 4 2,5) Mđm M2 ≈ ( 1,1 4 1,3) Mđm Tóm lại để hạn chế dòng điện quá lớn lúc mở máy thì chúng ta cần phải thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Trong quá trình động cơ tăng tốc phải loại bỏ dần các điện trở phụ ( điện trở mở máy ) ra khỏi mach phần ứng của động cơ. Chương II : Các phương án Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều . Như ta đã biết ngày nay tuyệt đại đa số các nhà máy sản xuất từ nhỏ đến lớn, từ đơn lẻ đến cả một dây chuyền sản xuất đều sử dụng truyền động điện. Để đảm bảo những đòi hỏi của các công nghệ phức tạp khác nhau, nâng cao mức độ tự động cũng như năng suất, các hệ truyền động điện thường phải điều chỉnh tốc độ , tức là cần phải điều chỉnh được tốc độ máy theo yêu cầu của công nghệ. Có thể điều chỉnh tốc độ máy bằng phương pháp cơ khí hoặc bằng phương pháp điện thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện, nguồn động lực của hệ truyền động - 30 - điện. ở đây ta chỉ xem xét việc điều chỉnh tốc độ theo phương pháp điện, mặt khác ta cũng nên biết việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện khác với việc tự thay đổi tốc độ của động cơ, chẳng hạn như một động cơ điện một chiều kích từ độc lập đang làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ (1) ứng với momen cản MA. Đặc tính cơ (1) ứng với momen điện áp đặt vào phần ứng động cơ là U1. Vì một lý do nào đó , momen cản tăng lên (Mt > MA) Làm động cơ bị giảm tốc độ. Điểm làm việc sẽ chuyển dịch theo đoạn AT về phía tốc độ giảm. Nhưng tốc độ càng giảm thì dòng điện phần ứng Iư càng tăng và momen động cơ càng tăng. Tới điểm T thì momen động cơ sinh ra bằng momen cản (MĐ = MT). Động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểmT với tốc độ thấp hơn (ϖT < ϖA) và dòng phần ứng lớn hơn động cơ nóng hơn. Đó là hiện tượng tự thay đổi tốc độ và điểm làm việc dịch chuyển trên cùng một đường đặc tính cơ. Nhưng nếu momen cản vẫn giữ nguyên giá trị MA nghĩa là lúc này động cơ đang làm việc ổn định tại điểm A trên đường đặc tính cơ 1 , ta giảm điện áp phần ứng từ U1 xuống U2 (đặc tính cơ tương ứng là đường 2 ) . Do quán tính cơ , động cơ chuyển điểm - 31 - làm việc từ điểm A trên đường 1 sang điểm B trên đương 2 với cùng tốc độ ϖA . Momen của động cơ tại điểm B nhỏ hơn momen cản MA (MB < MA )nên động cơ bị giảm tốc độ . điểm làm việc trượt xuống đường đặc tính cơ 2. Tốc độ động cơ càng giảm thì dòng điện phần ứng càng tăng , momen động cơ càng tăng. Tới điểm D thì momen động cơ cân bằng với momen cản MA ( MD = MA ) động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểm D với tốc độ thấp hơn . Đó là điều chỉnh tốc độ động cơ . Theo như chúng em được học thì việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều từ phương trình : Φ= K U ω - MK Ru 2)( Φ Σ Có 3 cách điều chỉnh dựa vào các thông số của phương trình như : U, Φ, Rưtông . Do vậy ta có các cách sau : - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng . - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng . - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông . Sau đây ta sẽ tìm hiểu các phương pháp : * ) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng : - 32 - Ta có từ thông được giữ không đổi . Điện áp phần ứng được cấp từ bộ biến đổi. Khi thay đổi điện áp U cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có họ đặc tính cơ ứng với các tốc độ không tải khác nhau , song song nhau như hìng vẽ đường đặc tinh cơ - 33 - trên . Như ta biết điện áp chỉ có thể thay đổi về phía giảm (U < Udm) nên phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh giảm tốc độ . Quá trình điều chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện áp phần ứng đựoc giải thích như sau : Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 ứng với điện áp U1 trên phần ứng. Khi giảm điện áp từ U1 xuống U2, động cơ thay đổi điểm làm việc từ điểm A có tốc độ lơn hơn ϖA trên đương 1 xuống điểm D có tốc độ nhỏ hơn (ϖA < ϖD ) trên đường đặc tính cơ 2 ( ứng vơI điện áp U2 ) . Diễn biến chuyển đổi khi giảm tốc độ như ta đã nói ở trên. Trong khi giảm tốc độ theo cách giảm điện áp phần ứng , nếu giảm mạnh điện áp nghĩa là chuyển nhanh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp thì cùng với quá trình giảm tốc độ có thể xẳy ra quá trình hãm tái sinh. Chẳng hạn cùng trên hình trên động cơ đang làm việc tại điểm A với tốc độ lớn ϖA trên đặc tính cơ 1 ứng với điện áp U1 . Ta giảm mạnh điện áp phần ứng từ U1 xuống U3 . Lúc này động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm A trên đường 1 sang điểm E trên đường 3 (chuyển ngang với tốc độ ϖA = ϖE ) vì ϖE lớn hơn tốc độ - 34 - không tải lý tưởng ϖ03 của đặc tính cơ 3 nên động cơ sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh trên đoạn EC của đặc tính 3. Quá trình hãm giúp động cơ giảm tốc nhanh. Khi tốc độ xuống thấp hơn ϖ03 thì động cơ lại làm việc ở trạng thái động cơ lúc này do momen ϖD = 0 nên động cơ tiếp tục giảm tốc cho tới điểm làm việc mới F, vì tại F động cơ sinh ra momen cân bằng với momen tải MC. Động cơ chạy ổn định tại F với tốc độ ϖf < ϖA . Khi tăng tốc , diễn biến của quá trình được giải thích tương tự. Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm I có tốc độ ϖI nhỏ trên đặc tính cơ 5, ứng với điện áp U5 trên phần ứng. Tăng điện áp U5 lên U4 , động cơ chuyển điểm làm việc từ I trên đặc tính cơ 5 sang điểm G trên đặc tính cơ 4 . Do momen MG lớn hơn momen tải MC nên động cơ tăng tốc theo đường 4 (đoạn GH). Đồng thời với quá trình tăng tốc ,momen động cơ bị giảm và quá trình tăng tốc chậm dần. Tới điểm H thì momen động cơ cân bằng với momen tải ( MH = MC ) và động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểm H với tốc độ ϖH > ϖI . Phương pháp này có những đặc điểm sau : - Điện áp phần ứng càng giảm thì tốc độ động cơ càng nhỏ . - Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh. - Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh . - Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một momen là như nhau . Độ sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh .Do vậy sai số tốc độ tương đối ( sai số tĩnh ) của đặc tính cơ thấp nhất không vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh . - Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể : D ~ 10 : 1 - Chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm ( vì chỉ có thể thay đổi với Uư <Iđm) - Phương pháp này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra. - 35 - * ) Sơ đồ cấu trúc của phương pháp : * ) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông : - 36 - Muốn thay đổi từ thông động cơ , ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từ của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ . Rõ ràng , Phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nghĩa là chỉ có thể giảm dòng điện kích từ ( Ikt < Iktđm ) do đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thông. Khi giảm từ thông , đặc tính dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn. Ta có họ đặc tính cơ khi khi giảm từ thông như hình vẽ trên. Phương pháp này cũng có những đặc điểm sau : - Từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn, mềm hơn . - Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh : D ~ 3 : 1 - Chỉ thay đổi được tốc độ về phía tăng theo phương pháp này . - Do độ dốc đặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các đặc tính cơ sẽ cắt nhau và do vậy , với tải không lớn (M1) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm , còn ở vùng tải lớn (M2) thì tốc độ có thể tăng hoặc giảm tuỳ theo tải . Thực tế , phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn so với định mức . - Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ là ( 1 ữ 10)% dòng định mức của phần ứng . Tổn hao điều chỉnh thấp rất kinh tế. * ) Sơ đồ cấu trúc của phương pháp : - 37 - * ) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng : - 38 - Khi tăng điện trở mạch phần ứng , đặc tính cơ dốc hơn nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng . Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng được biểu diễn như trên. Đặc điểm của phương pháp này là: - Điện trở mạch phần ứng càng tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn ( càng mềm), độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn. - Phương pháp này cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm ( do chỉ có thể tăng thêm điện trở ). - Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng nên tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở khi điều chỉnh là khá lớn . - Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số momen tải . Tải càng nhỏ ( M1 ) thì dải điều chỉnh D càng nhỏ . Nói chung phương pháp này cho : D ~ 5 : 1 - 39 - - Về nguyên tắc phương pháp này cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi đều điện trở nhưng vì dòng Rotor lớn nên việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn. Thực tế thường thực hiện chuyển đổi theo từng cặp điện trở . Với những đặc điểm như trên lại gây tổn hao nên phương pháp này it được sử dụng. - 40 - - 41 - - 42 - CHƯƠNG III TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT THAO TÁC THỰC HIỆN LẤY KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỀ CÁC ĐẶC TINH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP. - 43 - - 44 - - 45 - 3.1.BÀI THÍ NGHIỆM XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP . - 46 - 3.1.1. Giới thiệu về chức năng của phần tử và nguyên lý tác động của mạch lực và mạch điều khiển. 1 ).Sơ đồ thí nghiệm được trình bày trên hình (H1) chức năng của các thiết bị trên sơ đồ như sau: AT1: Là atomat dùng để đóng cắt dòng điện một chiều cấp cho phần ứng của động cơ thí nghiệm. AT2: Là atomat dùng để đóng cắt dòng điện một chiều cấp cho phần kích từ của động cơ thí nghiệm (ĐTN). AT3: Là atomat đóng cắt nguồn điện kích từ của động cơ F1. AT4: Là atomat đóng cắt dòng điện phần kích từ của động cơ F2. AT5: Là atomat cấp nguồn điện cho động cơ xoay chiều điện trở R2,R3R4 lần lượt là các biến trở dùng để thay đổi dòng kích từ của động cơ ĐTN, F1, F2. A2, A3, A4 : Là các đồng hồ Ampemet đo dòng điện kích từ trong mạch kích từ của động cơ ĐTN, F1, F2. A1, A5 :Là hai đồng hồ đo dòng điện phản ứng động cơ thí nghiệm và tổ máy phát động cơ F1 _ F2. CM1:Là chuyển mạch dùng đóng cắt điện trở phụ (Rf) trong mạch phần ứng của động cơ thí nghiệm ĐTN. CM2: Là chuyển mạch dùng đóng cắt điện trở hãm vào song song với mạch phần ứng khi động cơ hãm động năng. CM3: Là chuyển mạch có nhiệm vụ hoà hai tổ máy. V1, V2: Là hai đồng hồ Vôn kế đo điện áp phần ứng của động cơ F1 và F2, ĐTN. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập để lấy số liệu thực nghiệm. - 47 - F1, F2: Là hai động cơ điện một chiều kích từ độc lập, phần ứng của F1, F2 được nối song song với nhau theo hệ truyền động máy phát - động cơ (M - Đ) tạo thành hệ phụ tải động đối với động cơ thí nghiệm ĐTN. ĐT: Là động cơ điện xoay chiều có tốc độ không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm và được nối cùng trục với động cơ F2. M: Là nút mở máy để khởi động động cơ thí nghiệm. D: Là nút dừng dùng để ngắt dòng điện ra khỏi phần ứng động cơ đồng thời đóng điện trở hãm và phần ứng động cơ thí nghiệm ĐTN. 3.1.2. Nguyên lý tác động của mạch lực và mạch điều khiển. Đóng atomat AT1 xoay chuyển mạch CM3 về vị trí 18ς để hạn chế dòng điện khi khởi động (tiếp điểm CM3 (3-7) trên mạch điều khiển đóng lại) chuẩn bị cho quá trình mở máy. Để mở máy ấn nút M, cuộn Đg có điện tiếp điểm duy trì Dg (1-3) đóng trên mạch lực tiếp điểm Dg (N1-N2) đóng dòng điện qua hai điện trở động cơ đuợc cấp điện. Sau khi động cơ quay để tăng tốc độ động cơ ta cần cắt dần điện trở phụ xoay chuyển mạch CM3 đến vị trí R= 4ς điểm CM3 (3-9) đóng cuộn K1 được cấp điện, tiếp điểm T1, T2 trên mạch lực đóng lại điện trở có R= 14ς ra khỏi phần ứng của động cơ.Tiếp tục tăng tốc độ động cơ bằng cách xoay chuyển mạch CM3 về vị trí CM3 (3-13) cuộn K1 mất điện, cuộn K2 có điện nên tiếp điểm T1, T2 mở ra, tiếp điểm T3, T4 đóng lại. Hoàn toàn các điện trở phụ tách ra khỏi phần ứng động cơ.Muốn dừng động cơ và thực hiện hãm động năng ta xoay chuyển mạch CM2 đến vị trí điện trở cần hãm (ví dụ RH = 4ς) rồi ấn nút dừng, M cuộn Dg mất điện nên tiếp điểm Dg (N1- N2) trên mạch lực mở ra động cơ điện được căt điện đồng thời D (17-19) đóng lại. Cuộn H có điện, tiếp điểm duy trì H (17-21) đóng đẻ duy trì D (17-19).Do cuộn H có điện nên tiếp điểm H1, H2 cũng đóng, cuộn K3 có điện - 48 - các tiếp điểm T5, T6 đóng nên điện trở hãm R=4ςĐược đấu song song với động cơ.Động cơ thực hiện quá trình hãm động năng nên hãm ở điện trở hãm R=8ς thì xoay chuyển mạch về vi trí RH = 8ς nên cuộn K3 không có điện các tiếp điểm T5, T6 không đóng, dòng điện phần ứng đi qua hai cuộn điện trở hàm. 3.2. TRÌNH TỰ THAO TÁC 3.2.1.Khởi động hai tổ máy - Khởi động tổ máy động cơ thí nghiệm ĐTN và máy phát F1 theo trình tự sau: + Đóng atomat AT1 cấp điện cho toàn bộ hệ thống + Đóng atomat AT2 cấp dòng kích từ cho phần kích từ của động cơ thí nghiệm ĐTN. + Đóng atomat AT3 cấp dòng điện kích từ cho áy phát F1. + Chuyển mạch CM1 về vị trí Rf = 18ς để hạn chế dòng điện khởi động. + Ấn nút M để khởi động động cơ thí nghiệm. + Đưa chuyển mạch CM1 về vị trí Rf = 0 để tăng tốc độ của động cơ thí nghiệm ĐTN. 3.2.2. Khởi động tổ máy F2 - ĐT + Đóng AT4 cấp dòng kích từ F2 + Đóng AT5 cấp điện cho động cơ ĐT. Do máy phát F2 được nối cùng trục với động cơ ĐT nên lúc này động cơ ĐT kéo máy phát F2 quay, F2 làm việc ở chế độ máy phát. 3.2.3.Hoà hai tổ máy để tạo thành hệ phụ tải động - 49 - Theo sơ đồ mắc F1, F2 ta có dòng điện phần ứng của máy phát : 0 21 2 _ 1 = + = uu FF u RR EE I Điều kiện để hoà hai tổ máy là điện áp đầu phần ứng của F1 và F2 bằng nhau về trị số và cùng chiều, các giá trị máy được kiểm tra nhờ Volmet V1 và V2. Nên 2 giá trị này khác nhau muốn hoà hai tổ máy ta phải điều chỉnh R2 để các vị trí số điện áp này bằng nhau, sau đó đóng chuyển mạch CM3 để hoà. Điều kiện điện áp của hai máy phát F1 và F2 bằng nhau về trị số và cùng dấu để đảm bảo cho sức điện động của F1 và F2 có trị số bằng nhau nhưng ngược chiều.Do đó khi đóng chuyển mạch hoà hai tổ máy thì dòng điện trong mạch phần ứng của F1 và F2 có trị số : 0 21 2 _ 1 = + = FF FF u RR EE I Hệ làm việc an toàn ở trạng thái không tải. 3.2.4.Thao tác lấy số liêu để vẽ đường đặc tính cơ sau khi hoà hai tổ máy Muốn vẽ được đường đặc tính cơ khi động cơ làm việc ở chế độ động cơ ta phải điều chỉnh sao cho sức điện động của máy phát F1 luôn lớn hơn sức điện động của máy phát F2 (F1 > F2) trong suốt quá trình làm thí nghiệm. Vì khi EF1 > Ef2 dòng điện sẽ đi từ F1 sang F2 khi đó máy phát F1 làm việc ở chế độ máy phát nên động cơ thí nghiệm ĐTN làm việc ở chế độ động cơ, máy phát F2 làm việc ở chế độ động cơ còn động cơ truyền động ĐT sẽ làm việc ở chế độ máy phát. Phương pháp điều chỉnh là giảm kích thích cả máy phát F2 bằng cách giảm điện trở R4. Như vậy trong suốt quá trình lấy số liệu thí nghiệm thì động cơ ĐTN làm việc ở chế độ động cơkhi đó R4 < R4* (R*4 là giá trị của điện trở R2 khi EF1 = EF2). - 50 - Trong quá trình thao tác việc thay đổi R4 làm dòng điện phần ứng Iư của hệ F1- F2 thay đổi. Do F1 được nối cùng trục với động cơ thí nghệm ĐTN nên mômen MF1 của máy phát F1 cũng là momen cần trên trục động cơ ĐTN ta có: MCĐTN = MF1 Như vậy với mỗi giá trị của R4 ta xác định dược một điểm trên đường đặc tính. Thao tác lấy số liệu trên các đường đặc tính cơ lần lượt được thực hiện ứng với các đường đặc tính sau: Đường đặc tính tự nhiên : Đường đặc tính giảm từ thông với : ΦKT = 0,65 A và IKT = 0,55A. Đường đặc tính biến trở với : RF = 4ς và RF = 18ς Đường đặc tính hãm ứng với : RH = 4ς và RH = 8ς 3.2.5. Thao tác lấy số liệu vẽ đường đặc tính cơ tự nhiên Sau khi hoà hai tổ máy thí nghệm ĐTN có U = Uđm, Φđm = Φ, Rf = 0.Thay đổi biến trở R4, ứng với mỗi điểm xác định đựoc một điểm nằm trên đường đặc tính tự nhiên. Kiểm tra giá trị dòng điện trên Ampemet A5 và sử dụng đồng hồ đo tốc độ với mỗi giá trị R4 nhất định ta có một điểm nằm trên đường đặc tính cơ tự nhiên, sử dụng công thức: M = KΦIư . 55,9 n =ω Ta tính và tìm được điểm nằm trên đường đặc tính cơ tự nhiên. 3.2.6. Thao tác lấy số liệu để vẽ đường đặc tính giảm từ thông - 51 - Điều chỉnh theo hướng giảm biến trở R2 kiểm tra đồng hồ Ampemet A2 chỉ ra giá trị dòng kích từ cần điều chỉnh sau đó thay đổi biến trở R4 với mỗi giá trị của R4 ta tìm được một điểm trên đường đặc tính giảm từ thông tương ứng. 3.2.7. Thao tác lấy số liệu đặc tính biến trở Đưa dòng kích từ động cơ thí nghệm ĐTN về định mức bằng biến trở R2 kiểm tra trên A2. Sau đó xoay chuyển mạch CM1 đến các vị trí 4ς và 18ς, tại mỗi vị trí chuyển mạch ta thay đổi biến trở R4 để thu được một giá trị của những điểm nằm trên đường đặc tính biến trở tương ứng. 3.2.8. Thao tác lấy số liệu khi hãm động năng Thực hiện quá trình hãm động năng bằng cách chuyển mạch CM2 ở giá trị điện trở cần hãm sau đó ấn nút dừng D, quá trình hãm động năng được thực hiện. Sau khi kết thúc phần thí nghiệm để dừng động cơ ta xoay chuyển mạch CM3 về vị trí O để cắt rời hai tổ máy sau đó cắt atomat AT1, AT2, AT3, AT4, AT5 quá trình thí nghiệm kết thúc. 3.3. Xây dựng đặc tính cơ theo lý thuyết Bằng lý thuyết vẽ các đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ở các chế độ khác nhau. Động cơ thí nghiệm có các thông số sau: Pđm = 2,5KW; Uđm = 220V; Iđm =14,4A; n= 1000Vòng/ph; Rư =1,56ς. Nội dung của phần tính toán. 3.3.1.Vẽ đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ 3.3.2.Vẽ đường đặc tính giảm từ thông ứng với - 52 - + Ikt1 = 0,65 A; U =Uđm = 220V; Rf =0; Rư = 1,56ς + Ikt2 = 0,55A; U = 220; Rf = 0; Rư = 1,56ς 3.3.3.Vẽ đường đặc tính biến trở với +R1= 4ς; U = Uđm =220V; Φđm =Φ; Rư = 1,56ς +R2=18ς; U = Uđm =220V; Φđm =Φ; Rư = 1,56ς 3.3.4. Vẽ đường đặc tính hãm động năng ứng với +RH1 = 4ς +RH2 = 8ς Ta nhận thấy rằng tất cả các đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều đều là những đường thẳng vì vậy khi xây dựng đường đặc tính cơ bất kỳ chỉ cần xác định được 2 điểm nằm trên đường đặc tính đó là đủ. Thường để dễ dàng trong tính toán và vẽ người ta chọn hai điểm đó là điểm không tải lý tưởng và điểm làm việc định mức hoặc điểm ngắn mạch. 3.4. BÀI LÀM TÍNH TOÁN 3.4.1. Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên + U = Uđm =220V; Φđm =Φ; Rf = 0ς Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập : ϖ = dmΦK U dm - 2 dm )Φ(K Ru M Khi Rf = 0 tức là ta có đặc tính cơ tự nhiên. Đặc tính này đi qua hai điểm cơ bản đó là : - 53 - ( M = 0 ; ϖ = ϖ0 ) và ( M = Mđm ; ϖ = ϖđm ) ϖ0 = ΦdmK U dm Với : KΦđm = dm udmdm RIU ω _ = 71,104 56,1.4,14220 _ = 1,88 Và : ϖđm = 55,9 dmn = 55,9 1000 = 104,7 rad/s Nên : ϖ0 = 88,1 220 = 116,7 rad/s Và : Mđm = dm dmP ω = 7,104 10.5,2 3 = 23,9 (Nm) Ta có điểm thứ nhất (M = 0 ; ϖ = 116,7) Điểm thứ hai là điểm định mức (Mđm = 23,9 ; ϖđm = 104,7) Đường đặc tính là đường (1) trên hình vẽ. 3.4.2. Đường đặc tính giảm từ thông - Với mạch từ chưa bão hoà, từ thông của động cơ sẽ phụ thuộc tuyến tính vào dòng điện kích từ (Φ = KIkt ) - 54 - - Gọi Iktx và Φx là dòng điện kích từ và từ thông của đường đặc tính giảm từ thông bất kỳ ta có. Φx = KIktx Φđm = KIktdm ktdm ktx dm I I-x = Φ Φ a. Khi Ikt1 = 0,65A Điểm làm việc không tải ứng với đường đặc tính giảm từ thông Φ = 0,65: 1 01 Φ ω K U dm= Điểm không tải khi (Φ = Φđm) dm dm K U Φ =0ω Từ (1) và (2) ta có: 72,0 65,0 Kω 11 01 0 == Φ = ktdm kt dm I IK ω ω Do ϖ0 = 116,4 (rad/s) suy ra ϖo1 = 65,0 72,0 .116,7 = 129 (rad/s) Điểm làm việc ngắn mạch: Mnm1 =KΦ1Inm Mnmđm =KΦđmInm - 55 - Mnm1 = dmΦ Φ1 Mnmđm = dmΦ Φ1 1,88 56,1 220 = 239,3 (rad/s) Đường đặc tính đi qua hai điểm là (0 ; 129) và (239,3;0) Đường đặc tính là đường (2a) trên hình vẽ. b. Khi Ikt = 0,55A Tính toán tương tự ta được điểm không tải ứng với đường đặc tính giảm từ thông : Ikt = 0,55 (A). 72,0 55,0 Kω Φ ω ω 11 01 0 === ktdm kt dm I IK ϖ02 = 55,0 72,0 116,7 = 152,8 (rad/s) Điểm làm việc ngắn mạch : Mnm2 =KΦ2Inm Mnmđm =KΦđmInm Mnm1 = dmΦ Φ 2 Mnmđm = dmΦ Φ 2 1,88 56,1 220 = 202,5 (rad/s) Đường đặc tính cơ đi qua 2 điểm : ( 0 ; 152,8 ) và ( 202,5 ; 0 ) Là hai điểm đường đặc tính giảm từ thông đi qua đường đặc tính là đường (2b) trên hình vẽ. 3.4.3. Đường đặc tính biến trở - 56 - a .Vẽ đặc tính cơ biến trở khi Rf = 4ς Đặc tính cơ sẽ đi qua hai điểm : - Điểm đầu là : (ϖ = ϖ0 = 116,7 ; M = 0 ) - Điểm thứ hai là : Tìm ϖntđm ứng với M = Mđm = 23,9 Ta có phương trình ϖntđm = udmdm fudmdm RIU RRIU . )( _ _ + = 56,1.4,14220 )456,1(4,14220 7,104 _ _ + = 74,17rad/s Đường đặc tính đi qua 2 điểm là (ϖ = 116,4 ; M = 0) Và (ϖ = 74,17; M = 23,9) b . Khi Rf = 18ς Đặc tính cơ sẽ đi qua hai điểm : - Điểm đầu là : (ϖ = ϖ0 = 116,7 ; M = 0 ) - Điểm thứ hai là : Tìm ϖntđm2 ứng với M = Mđm = 23,9 Ta có phương trình ϖntđm2 = udmdm fudmdm RIU RRIU . )( _ 2 _ + = 56,1.4,14220 )1856,1(4,14220 7,104 _ _ + = 32,68rad/s Đường đặc tính đi qua 2 điểm là: (ϖ0 = 116,7 ; M = 0 ) Và (ϖ = -32,68 ; M = 23,9 ) 3.4.4. Đường đặc tính hãm - 57 - Quá trình hãm động năng tốc độ động cơ và mômen động cơ giảm dần về không nên đường đặc tính hãm giảm sẽ đi qua điểm ( 0, 0) Như vậy ta chỉ cần xác định điểm còn lại : a. Rh1 = 4Ω Giả sử động cơ ở tốc độ ϖ = ϖntđm trên đường đặc tính biến trở có Rf =4Ω ta có : ϖhd = dm dm K U Φ - 2)( 4 dm u K R Φ + Mđm = 88,1 220 - 2)88,1( 456,1 + 23,9 = 79,4 (rad/s) Ta có Mhd1 = KΦIhd1 = KΦ hdu hd RR K _ ωΦ = 456,1 4,79.88,1 2 + = 50 (Nm) Đường đặc tính đi qua 2 điểm (50 ; 79,4) và (0 ; 0) đường đặc tính là đường (4a) trên hình vẽ. b. Khi Rh2 = 18ς Với giả thiết như trên ta có: Điểm thứ nhất (0 ; 0) Điểm thứ hai: Mhd2 = KΦ 2hdu hd RR K + Φω = 856,1 4,79.88,1 2 + = 29,4 (Nm) Đường đặc tính hãm với Rh2 = 8ς đi qua hai điểm (29,4 ; 79,4) và (0 ; 0) đường đặc tính là đường (4b) trên hình vẽ. Ta thể hiện các dường đặc tính trên đồ thị sau: - 58 - - 59 - 3.5. Xây dựng đặc tính cơ thực nghiệm Các thông số động cơ là : - 60 - Uđm = 220V Iktđm = 0,72A Rư = 1,56 ς Ηđm = 79% Nđm 1000v/ph 3.5.1. Đặc tính cơ tự nhiên Tương ứng với Rf = 0 Bảng số liệu thực nghiệm I 3 4,5 6 7,5 9 10,5 n 1100 1080 1040 1010 1000 980 ϖ 115,2 113,1 108,9 105,7 104,7 102,6 M 5,64 8,46 11,28 14,1 16,92 19,74 3.5.2. Đặc tính cơ biến trở của động cơ Tương ứng với 2 trường hợp : Rf1 = 4ς , Rf2 = 18ς a. Trường hợp 1 : Rf1 = 4ς Bảng số liệu thực nghiệm : I 3 4,5 6 7,5 9 10,5 n 1010 940 870 800 780 740 ϖ 105,7 98,4 91,1 83,7 81,6 77,5 M 5,64 8,46 11,28 14,1 16,92 19,74 b. Trường hợp 2 : Rf1 = 18ς Bảng số liệu thực nghiệm : I 3 4,5 6 7,5 9 n 890 740 530 360 300 ϖ 93,2 77,5 55,5 37,7 31,4 M 5,64 8,46 11,28 14,1 16,92 3.5.3. Đường đặc tính cơ giảm từ thông của động cơ - 61 - Ứng với 2 trường hợp : Ikt1 = 0,65 A : Ikt2 = 0,55 A a. Ikt1 = 0,65 A Bảng số liệu thực nghiệm khi : I 3 4,5 6 7,5 9 10,5 n 1100 1070 1040 1010 1000 970 ϖ 115,2 112,1 108,9 105,7 104,7 101,6 M 5,64 8,46 11,28 14,1 16,92 19,74 b. Ikt1 = 0,55 A Bảng số liệu thực nghiệm khi I 4,5 6 7,5 9 10,5 n 1120 1080 1060 1050 1040 ϖ 117,3 113,1 110,9 109,9 108,9 M 8,46 11,28 14,1 16,92 19,74 3.5.4. Đường đặc tính cơ khi động cơ được hãm động năng kích từ độc lập Ứng với 2 trường hợp : Rh1 = 4ς , Rh2 = 8ς a. Rh1 = 4ς Bảng số liệu thực nghiệm khi I 3 4,5 6 7,5 9 10,5 n 65 114 140 200 240 280 ϖ 6,8 11,9 14,6 20,9 25,1 29,3 M 5,64 8,46 11,28 14,1 16,92 19,74 b. Rh1 = 4ς Bảng số liệu thực nghiệm khi I 3 4,5 6 7,5 9 n 140 180 270 345 400 ϖ 14,6 18,8 28,3 36,1 41,9 M 5,64 8,46 11,28 14,1 16,92 - 62 - NHẬN XÉT: - Do sai số của phép đo - Do sai số của đồng hồ - Do thay đổi điện áp nguồn - Do ở thực nghiệm lấy nhiều điểm . KẾT LUẬN Các điểm của đường đặc tính cơ không nằm trên cùng một đường thẳng ta chỉ lấy điểm đầu và điểm cuối. Nối tượng trưng các điểm còn lại tính theo toạ độ sẽ nằm xung quanh các đường đã nối.