(NB) Giáo trình Trang bị điện giúp người học có thể ứng dụng để lắp đặt và vận các thiết bị điện công nghiệp, động cơ điện trong nhà máy sản xuất như: Điều khiển động cơ điện AC 1 pha, AC 3 pha, động cơ điện một chiều, có khả năng vận hành sửa chữa một số loại máy công nghiệp.
Khái niệm chung về điều chỉnh tốc độ
Hiện nay, hầu hết các máy móc từ nhỏ đến lớn, từ đơn lẻ đến dây chuyền sản xuất đều sử dụng truyền động điện (TĐĐ) Để đáp ứng yêu cầu của các công nghệ phức tạp và nâng cao mức độ tự động hóa cũng như năng suất, các hệ thống TĐĐ cần điều chỉnh tốc độ máy theo yêu cầu công nghệ Việc điều chỉnh tốc độ có thể thực hiện qua phương pháp cơ khí hoặc điện, nhưng bài viết này sẽ chỉ tập trung vào phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng điện.
1.1.2 Chất lượng của một phương pháp điều chỉnh tốc độ được đánh giá qua một số các chỉ tiêu sau đây a Dải điều chỉnh tốc độ
Dải điều chỉnh tốc độ, hay còn gọi là phạm vi điều chỉnh tốc độ, được định nghĩa là tỉ số giữa giá trị tốc độ làm việc lớn nhất và nhỏ nhất của hệ truyền động điện (TĐĐ) tương ứng với một mômen tải nhất định.
Độ trơn điều chỉnh tốc độ được thể hiện qua tỷ số giữa hai giá trị tốc độ của hai cấp kế tiếp nhau trong dải điều chỉnh Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, khái niệm độ ổn định tốc độ hay độ cứng của đặc tính cơ được đưa ra.
Hình 1.1 độ cứng của đặc tính cơ d Tính kinh tế
Hệ điều chỉnh kinh tế yêu cầu vốn đầu tư thấp, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành không cao Sự tương thích giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Khi lựa chọn hệ thống điều chỉnh tốc độ cho máy sản xuất, cần chú ý đến việc các đặc tính điều chỉnh phải phù hợp với yêu cầu của tải máy Điều này giúp đảm bảo chất lượng và độ ổn định trong quá trình vận hành.
1.1.3 Yêu cầu chung của việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện
Dãi điều chỉnh phải đủ rộng
Sự thay đổi tốc độ đáp ứng được yêu cầu thay đổi tốc độ của thiết bị mang tải Điều chỉnh dễ dàng.
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện DC
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có đặc tính cơ tự nhiên nổi bật, trong đó cuộn kích từ nhận điện từ một nguồn một chiều riêng biệt, tách biệt với nguồn điện cung cấp cho rôto Hình 1.2 và 1.3 minh họa cấu trúc và nguyên lý hoạt động của loại động cơ này.
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ song song
Khi cuộn kích từ và cuộn dây phần ứng của động cơ được cấp điện từ cùng một nguồn, động cơ sẽ hoạt động theo kiểu kích từ song song Nếu nguồn điện cung cấp có công suất lớn hơn nhiều so với công suất của động cơ, thì đặc tính hoạt động của động cơ sẽ tương tự như động cơ kích từ độc lập.
Khi động cơ hoạt động, rôto với cuộn dây phần ứng quay trong từ trường của cuộn cảm, dẫn đến sự xuất hiện của sức điện động cảm ứng trong cuộn ứng, có chiều ngược lại với điện áp cung cấp cho phần ứng động cơ Dựa trên sơ đồ nguyên lý trong hình 1.2 và hình 1.3, ta có thể thiết lập phương trình cân bằng điện áp cho mạch phần ứng (rôto).
U- là điện áp phần ứng động cơ, (V)
E- là sức điện động phần ứng động cơ (V)
R- là điện trở cuộn dây phần ứng
Rp là điện trở phụ mạch phần ứng
I- là dòng điện phần ứng động cơ
Công thức tính điện trở trong cuộn dây phần ứng được biểu diễn như sau: Rư = rư + rct + rcb + rcp, trong đó rư là điện trở cuộn dây phần ứng, rct là điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp, rcb là điện trở cuộn bù, và rcp là điện trở cuộn phụ.
Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rôto:
là hệ số kết cấu của động cơ
- Từ thông qua mỗi cực từ p - Số đôi cực từ chính
N - Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng a - Số mạch nhánh song song của cuộn ứng
Hoặc ta có thể viết:
Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây dẫn phần ứng khi có dòng điện, rôto quay dưới tác dụng của mômen quay:
Từ hệ 2 phương trình (2.1) và (2.3), chúng ta có thể xác định phương trình đặc tính cơ điện, phản ánh mối quan hệ của động cơ điện một chiều với kích từ độc lập.
Có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng khác: 0
gọi là tốc độ không tải lý tưởng ( 2.7 )
gọi là độ sụt tốc độ
Phương trình đặc tính cơ (2.6) được biểu diễn dưới dạng hàm bậc nhất y = B + Ax, dẫn đến việc đường biểu diễn trên hệ tọa độ M0 là một đường thẳng với độ dốc âm Đường đặc tính cơ sẽ cắt trục tung 0 tại điểm có tung độ cụ thể.
Tốc độ 0 được xem là tốc độ không tải lý tưởng, diễn ra khi không có lực cản nào tác động Đây là tốc độ tối đa mà động cơ có thể đạt được, tuy nhiên, trong thực tế, không bao giờ có trường hợp Mc = 0 xảy ra trong chế độ hoạt động của động cơ.
Hình 1.4 đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khi phụ tải tăng từ Mc = 0 đến Mc = Mđm, tốc độ động cơ giảm từ 0 đến đm Điểm A(Mđm, đm) được gọi là điểm định mức Đường đặc tính cơ có thể được vẽ từ hai điểm w0 và A Điểm cắt của đặc tính cơ với trục hoành 0M có tung độ = 0 và hoành độ suy từ phương trình (2.6).
* dm nm dm dm nm u
Hình 1.5 Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Mômen Mnm và dòng điện Inm được gọi là mômen ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch, đại diện cho giá trị mômen và dòng điện lớn nhất của động cơ khi được cấp điện đầy đủ ở tốc độ bằng 0 Tình huống này xảy ra khi khởi động động cơ hoặc khi động cơ bị kẹt do tải quá nặng Dòng điện Inm thường lớn và có thể tính toán bằng công thức Inm = (10 đến 20)Iđm.
Nó có thể gây cháy hỏng động cơ nếu hiện tượng tồn tại kéo dài
1.2.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ a Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
Sơ đồ nguyên lý được minh họa trong hình 1.6 cho thấy rằng từ thông động cơ giữ không đổi, trong khi điện áp phần ứng được cung cấp từ bộ biến đổi Điện áp U chỉ có thể giảm (U
