Bài giảng Truyền động điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện tự động; Đặc tính cơ của động cơ điện; Các mạch cơ bản của hệ thống điều khiển truyền động điện; Điều chỉnh tốc độ truyền động điện; Tính và chọn hệ truyền động điện.
Cấu trúc và phân loại
1.1.1 Cấu trúc của hệ thống truyền động điện tự động:
* Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động:
Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) bao gồm các thiết bị điện, thiết bị điện từ và thiết bị điện tử, nhằm mục đích chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ và xử lý tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình chuyển đổi năng lượng này.
Hệ thống truyền động điện (TĐĐ) bao gồm các thành phần chính như bộ biến đổi (BBĐ), động cơ điện (ĐC), máy sản xuất (MSX), bộ điều chỉnh truyền động và công nghệ (R và R T), các bộ đóng cắt phục vụ truyền động và công nghệ (K và K T), mạch ghép nối (GN), và người vận hành (VH) Cấu trúc này đảm bảo hiệu suất và tính chính xác trong quá trình vận hành.
Cấu trúc của hệ TĐĐ TĐ gồm 2 phần chính:
Phần lực trong hệ thống điện bao gồm nguồn điện cung cấp năng lượng cho bộ biến đổi (BBĐ) và động cơ điện (ĐC) để truyền động cho phụ tải (MSX) Các bộ biến đổi này bao gồm máy phát điện một chiều và xoay chiều, máy điện khuếch đại, khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà, cùng với các thiết bị điện tử và bán dẫn như chỉnh lưu tiristor, bộ điều áp một chiều và biến tần transistor Động cơ điện được phân loại thành động cơ một chiều, động cơ xoay chiều và các loại động cơ đặc biệt khác.
Phần điều khiển bao gồm các cơ cấu đo lường, bộ điều chỉnh tham số, công nghệ và thiết bị điều khiển đóng cắt, phục vụ cho công nghệ và người vận hành Ngoài ra, một số hệ thống TĐĐ TĐ còn tích hợp mạch ghép nối với các thiết bị tự động hoặc máy tính điều khiển.
1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện tự động: a) Theo đặc điểm của động cơ điện
Truyền động điện bao gồm nhiều loại hình khác nhau như truyền động điện 1 chiều sử dụng động cơ điện 1 chiều, truyền động điện không đồng bộ với động cơ không đồng bộ, truyền động điện đồng bộ áp dụng động cơ đồng bộ, và truyền động điện bước sử dụng động cơ bước.
Truyền động điện 1 chiều thường được áp dụng trong các máy sản xuất cần điều chỉnh tốc độ và mômen Mặc dù có chất lượng điều chỉnh tốt, nhưng động cơ điện 1 chiều lại có cấu trúc phức tạp và chi phí cao, đồng thời yêu cầu nguồn điện một chiều để hoạt động hiệu quả.
Truyền động điện không đồng bộ thường được sử dụng khi không yêu cầu cao về điều chỉnh Trong những năm gần đây, công nghệ này đã phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong các hệ thống điều khiển tần số Những hệ thống này đã đạt được chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ thống một chiều.
Có hai loại hệ truyền động: không điều chỉnh và điều chỉnh Hệ truyền động không điều chỉnh thường cần kết hợp với hợp tốc độ để thực hiện điều chỉnh bằng cơ khí, dẫn đến cấu trúc phức tạp, chất lượng điều chỉnh thấp và chi phí sản xuất cao Ngược lại, hệ truyền động điều chỉnh cho phép điều chỉnh tốc độ và mô men của máy sản xuất trực tiếp từ động cơ điện, mang lại cấu trúc đơn giản, chất lượng điều chỉnh cao và thuận tiện trong thao tác.
Hệ truyền động điện được chia thành hai loại: không tự động và tự động Hệ truyền động không tự động thường đơn giản và được sử dụng rộng rãi, với các thành phần điện chỉ bao gồm động cơ điện và thiết bị bảo vệ, đóng cắt Ngược lại, hệ truyền động tự động là các hệ thống điều chỉnh vòng kín với mạch phản hồi, cho phép điều chỉnh chất lượng cao và đáp ứng linh hoạt các yêu cầu của quy trình công nghệ trong sản xuất.
Truyền động không đảo chiều và truyền động đảo chiều là hai loại hệ thống truyền động cơ bản Trong khi truyền động đơn sử dụng một động cơ duy nhất, truyền động nhiều động cơ cho phép sử dụng nhiều động cơ cùng lúc Bên cạnh đó, truyền động vạn năng sử dụng thiết bị biến đổi bán dẫn để điều chỉnh hiệu suất và linh hoạt trong ứng dụng.
Khái niệm cơ bản
+ Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ: M = f(ω)
Có bốn loại đặc tính cơ bản của động cơ điện, bao gồm động cơ điện một chiều với kích từ song song hoặc độc lập, cùng với các loại động cơ điện khác Những đặc tính này quyết định hiệu suất và ứng dụng của từng loại động cơ trong thực tế.
3 chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp (đường ), động cơ điện xoay chiều không đồng bộ (đường ), đồng bộ (đường ), hình 1.2
Hình 1.2: Các đặc tính cơ của bốn loại động cơ điện
* Thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ:
Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ là đặc tính đạt được khi động cơ hoạt động theo sơ đồ bình thường mà không cần thiết bị phụ trợ, với các thông số nguồn và động cơ ở mức định mức như điện áp, tần số và từ thông Mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự nhiên với điểm làm việc định mức Mđm và ωđm Ngược lại, đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính cơ điều chỉnh là kết quả của việc thay đổi một số thông số của nguồn hoặc động cơ, hoặc khi kết nối thêm thiết bị phụ trợ vào mạch như điện trở hoặc điện kháng Mỗi động cơ có thể sở hữu nhiều đặc tính cơ nhân tạo khác nhau.
* Độ cứng đặc tính cơ:
+ Đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm “độ cứng đặc tính cơ ” và được định nghĩa:
; nếu đặc tính cơ tuyến tính thì:
; (1-1) β lớn, ta có đặc tính cơ cứng, β nhỏ đặc tính cơ mềm, β→∞ đặc tính cơ tuyệt đối cứng
+ Động cơ không đồng bộ có độ cứng đặc tính cơ thay đổi giá trị (β> 0, β< 0)
+ Động cơ đồng bộ có đặc tính cơ tuyệt đối cứng (β ≈ ∞)
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ cứng (β ≥40)
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ mềm (β ≤10)
Hình 1.3: Độ cứng đặc tính cơ Đường 1: đặc tính cơ mềm; Đường 2: đặc tính cơ cứng; Đường 2: đặc tính cơ tuyệt đối cứng
Đặc tính cơ của máy sản xuất
+ Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen cản của máy sản xuất: Mc = f(ω)
+ Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biếu diễn dưới dạng biểu thức tổng quát:
M c - mômen ứng với tốc độ ω
M co - mômen ứng với tốc độ ω = 0
M đm - mômen ứng với tốc độ định mức ω đm
+ Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các tải:
Khi q = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ trong các cơ cấu máy như máy tiện, doa, máy cuốn dây và cuốn giấy Đặc điểm nổi bật của loại máy này là khi tốc độ làm việc giảm, mômen cản (lực cản) sẽ tăng lên.
Khi q = 0, M c = M đm = const, tương ứng các cơ cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt, (đường hình 1.4)
Khi q = 1, mômen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng các cơ cấu ma sát, máy bào, máy phát một chiều tải thuần trở, (đường hình 1.4)
Khi q = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm, quạy gió, máy nén, (đường hình 1.4)
+ Trên hình 1.4a biểu diễn các đặc tính cơ của máy sản xuất:
Hình 1.4: a) Các dạng đặc tính cơ của các máy sản xuất
: q=-1; : q=0; : q=1; : q=2 b) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính thế năng c) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính phản kháng
+ Ngoài ra, một số máy sản xuất có đặc tính cơ khác, như:
Mômen trong các máy công tác có pittông và máy trục không có cáp cân bằng phụ thuộc vào góc quay M c = f(φ) hoặc đường đi M c = f(s).
- Mômen phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi M c = f(ω,s) như các loại xe điện
- Mômen phụ thuộc vào thời gian M c = f(t) như máy nghiền đá, nghiền quặng Trên hình 1.4b biểu diễn đặc tính cơ của máy sản xuất có mômen cản dạng thế năng
Trên hình 1.4c biểu diễn đặc tính cơ của máy sản xuất có mômen cản dạng phản kháng.
Các trạng thái làm việc của động cơ điện
Trong hệ truyền động điện tự động, quá trình chuyển đổi giữa năng lượng điện và cơ năng đóng vai trò quyết định trong trạng thái hoạt động của hệ thống Việc hiểu rõ quá trình biến đổi này là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của hệ truyền động điện.
TT Biểu đồ công suất P điện P cơ ΔP Trạng thái làm việc
1 > 0 = 0 =P điện Động cơ không tải
Trong trạng thái động cơ, dòng công suất điện Pđiện được coi là dương khi nó truyền từ nguồn đến động cơ, biến đổi thành công suất cơ Pcơ = M.ω để cung cấp cho máy sản xuất và tiêu thụ tại cơ cấu công tác Công suất cơ này dương khi mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay Ngược lại, trong trạng thái máy phát, khi hệ truyền động hoạt động, cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng từ động năng hoặc thế năng tích lũy, truyền về trục động cơ Khi đó, động cơ tiếp nhận năng lượng và hoạt động như một máy phát điện, với công suất điện có giá trị âm khi truyền từ động cơ về nguồn, và công suất cơ âm khi truyền từ máy sản xuất về động cơ, với mômen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay.
Mômen của máy sản xuất, còn được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản, được định nghĩa với dấu dương, trái ngược với dấu mômen của động cơ Phương trình cân bằng công suất của hệ thống truyền động điện (TĐĐ) là yếu tố quan trọng trong việc phân tích hiệu suất hoạt động của máy.
Trong đó: Pđ l{ công suất điện; Pc l{ công suất cơ; ∆P l{ tổn thất công suất
- Trạng th|i động cơ gồm: chế độ có tải v{ chế độ không tải Trạng th|i động cơ ph}n bố ở góc phần tư I, III của mặt phẳng ω(M)
- Trạng th|i h~m có: H~m không tải, H~m t|i sinh, H~m ngược v{ H~m động năng.Trạng th|i h~m ở góc II, IV của mặt phẳng ω(M)
- Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến th{nh điện năng trả về lưới
- Hãm ngược: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, điện năng v{ cơ năng chuyển th{nh tổn thất ∆P
- H~m động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, cơ năng biến th{nh công suất tổn thất
* Các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M, ω]:
Trạng thái động cơ: tương ứng với c|c điểm nằm trong góc phần tư thứ nhất v{ góc phần tư thứ ba của mặt phẳng [M, ω], hình 1.5
Trạng thái máy phát nằm trong góc phần tư thứ hai và thứ tư của mặt phẳng [M, ω], như thể hiện trong hình 1.5 Ở trạng thái này, mômen động cơ chống lại chiều chuyển động, khiến động cơ hoạt động như một bộ hãm, do đó trạng thái máy phát còn được gọi là "trạng thái hãm".
Hình 1.5: Biểu diễn các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M, ω]
Quy đổi moment cản, lực cản, moment quán tính và khối quán tính
Hình 1.6 minh họa cấu trúc cơ học tổng quát của hệ truyền động, trong đó mỗi cơ cấu đều có các đại lượng như tốc độ góc ω, mô men M, vận tốc v, lực F và mô men quán tính J Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và tính toán, các đại lượng này thường được quy đổi về trục động cơ.
Nguyên tắc của tính to|n quy đổi l{ đảm bảo năng lượng của hệ trước v{ sau khi quy đổi
Hình 1.6: Sơ đồ động học của cơ cấu năng hạ hàng (1)Động cơ điện, (2) hộp tốc độ, (3) tang quay, (4) tải trọng
1.5.1 Tính quy đổi mômen M c và lực cản F c về trục động cơ
Quan niệm về sự tính đổi liên quan đến việc chuyển đổi thời điểm đặt từ trục này sang trục khác của mômen hoặc lực, đồng thời xem xét tổn thất ma sát trong bộ truyền lực Thông thường, mômen cản Mc (hay lực cản Fc) của bộ phận làm việc được quy đổi về trục động cơ Điều kiện để quy đổi là cần đảm bảo công suất trong phần cơ của hệ thống TĐĐTĐ được duy trì.
- Khi năng lượng truyền từ động cơ đến m|y sản xuất:
Trong đó: Ptr l{ công suất trên trục động cơ, Ptr = Mcqđ.ω, (Mcqđ và ω- mômen cản tĩnh quy đổi v{ tốc độ góc trên trục động cơ)
Pc l{ công suất của m|y sản xuất,
(Mlvvà ωlv - mômen cản v{ tốc độ góc trên trục l{m việc)
∆P l{ tổn thất trong c|c kh}u cơ khí
* Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay:
Pc = Mlv.ωlv, ta có:
cq® (1-6) Trong đó: ηi- hiệu suất của hộp tốc độ lv i
gọi l{ tỷ số truyền của hộp tốc độ
* Nếu xét tải trọng G chuyển động tịnh tiến với lực cản Flv, vận tốc vlv:
Pc = Flv.vlv, ta có:
Trong đó: η= ηi.ηt - hiệu suất bộ truyền lực ηt- hiệu suất của tang trống ηi- hiệu suất của hộp tốc độ Ρ = ω/vlv- gọi l{ tỷ số quy đổi
- Khi năng lượng truyền từ m|y sản xuất đến động cơ: Ptr = Pc- ∆P (tự chứng minh)
1.5.2 Quy đổi mômen quán tính và khối lượng quán tính
+ Điều kiện quy đổi: bảo to{n động năng tích luỹ trong hệ thống:
Các cặp bánh răng với mômen quán tính J1, J2,…Jn, mômen quán tính tang trống Jt, khối lượng quán tính m và mômen quán tính động cơ Jđ đều tác động đến tính chất động học của hệ truyền động.
Điểm khảo sát được xác định là đầu trục động cơ, và quán tính chung của hệ truyền động tại điểm này được gọi là Jqđ Do đó, phương trình động năng của hệ sẽ được thiết lập dựa trên các yếu tố này.
Jqđ- mômen qu|n tính quy đổi về trục động cơ ωĐ- tốc độ góc trên trục động cơ
JĐ- mômen qu|n tính của động cơ
Ji- mômen qu|n tính của b|nh răng thứ i
Jt là mômen quán tính của tang trống, mj là khối lượng quán tính của tải trọng thứ j Tỉ số truyền tốc độ từ trục thứ i được ký hiệu là ii = ω/ωi, trong khi tỉ số truyền tốc độ tang trống được ký hiệu là it = ω/ωt Cuối cùng, tỉ số quy đổi vận tốc của tải trọng được tính bằng ρ = ω/vj.
Đặc tính cơ của động cơ điện
Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập
Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập (ĐMđl) cho thấy nguồn một chiều được cấp cho phần ứng và nguồn kích từ độc lập, đảm bảo hoạt động hiệu quả của động cơ.
Khi nguồn một chiều có công suất lớn và điện áp không đổi, có thể kết nối kích từ song song với phần ứng, tạo ra động cơ điện một chiều kích từ song song (ĐMss).
Hình 2.1: a) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập b) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ song song
*) Các thông số cơ bản của ĐM đl :
C|c thông số định mức: nđm(vòng/phút); ωđm(Rad/sec); Mđm(N.m hay KG.m); Фđm(Wb); fđm(Hz);
C|c thông số tính theo c|c hệ đơn vị kh|c: ω * = ω/ωđm; M * = M/Mđm; I * = I/Iđm; Ф * = Ф/Фđm; R * = R/Rđm; Rcb= Uđm/Iđm,; ω%; M%; I%;
2.2.1 Phương trình đặc tính cơ
Theo sơ đồ hình 2-1a và hình 2-1b, có thể viết phương trình c}n bằng điện
|p của mạch phần ứng như sau:
Uư l{ điện |p phần ứng động cơ, (V)
E l{ sức điện động phần ứng động cơ (V)
l{ hệ số kết cấu của động cơ
Rư là điện trở mạch phần ứng, Rư= rư+ rctf+ rctb+ rtx, (Ω)
Trong đó: rư l{ điện trở cuộn d}y phần ứng của động cơ (Ω)
Rctf l{ điện trở cuộn d}y cực từ phụ của động cơ (Ω)
Rctb l{ điện trở cuộn d}y cực từ bù của động cơ (Ω)
Rctb l{ điện trở tiếp xúc giữa chổi than với cổ góp của động cơ (Ω)
Rưf l{ điện trở phụ mạch phần ứng
Iư l{ dòng điện phần ứng
(2-4) Đ}y l{ phương trình đặc tính cơ - điện của động cơ một chiều kích từ độc lập
Mặt kh|c, mômen điện từ của động cơ được x|c định:
Khi bỏ qua tổn thất ma s|t trong ổ trục, tổn thất cơ, tổn thất thép thì có thể coi: Mcơ ≈ Mđt ≈ M
(2-6) Thay gi| trị Iưvào (2-4), ta có: f
(2-7) Đ}y l{ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng kh|c: Ω = ω0 - ∆ω (2-8)
gọi l{ tốc độ không tải lý tưởng (2-9) f
gọi l{ độ sụt tốc độ (2-10)
Dựa vào các phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ, với giả thiết phần ứng được bù đủ và Φ = const, chúng ta có thể biểu diễn các đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ dưới dạng những đường thẳng.
Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập bao gồm hai loại: đặc tính cơ điện và đặc tính cơ tự nhiên Đặc tính cơ tự nhiên là đặc tính có các tham số định mức mà không có điện trở phụ trong mạch phần ứng của động cơ.
(2-11) Đặc tính cơ nh}n tạo (NT) l{ đặc tính cơ có một trong c|c tham số kh|c định mức hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ
Trong đó: Inm- gọi l{ dòng điện (phần ứng) ngắn mạch
Mnm- gọi l{ mômen ngắn mạc
Từ (2-7) ta xác định được độ cứng đặc tớnh cơ:
(2-14) Đối với đặc tính cơ tự nhiên:
Nếu chưa xác định được giá trị Rư, chúng ta có thể ước lượng gần đúng bằng cách giả thiết rằng tổn thất trên điện trở phần ứng do dòng điện định mức gây ra bằng một nửa tổn thất trong động cơ.
Đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập được xây dựng dựa trên các thông số quan trọng như công suất định mức 6,6KW, điện áp định mức 220V, và tốc độ định mức 2200 vòng/phút Điện trở mạch phần ứng bao gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ là 0,26Ω, trong khi điện trở phụ đưa vào mạch phần ứng là 1,26Ω.
Đặc tính cơ tự nhiên được xây dựng thông qua hai điểm quan trọng: điểm định mức [Mđm; ωđm] và điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0] Ngoài ra, điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0] còn có thể được so sánh với điểm ngắn mạch [Mnm; ω = 0].
Hoặc điểm định mức [Mđm; ωđm] v{ điểm ngắn mạch [Mnm; ω= 0]
Tốc độ góc định mức:
Như vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm l{ điểm định mức: [28,6 ; 230,3]
Từ phương trình đặc tính cơ tự nhiên ta tính được:
Tốc độ không tải lý tưởng:
Ta có điểm thứ hai của đặc tính [0; 241,7] và như vậy ta có thể dựng được đường đặc tính cơ tự nhiên như đường trên hình 2 - 3
Ta có thể tính thêm điểm thứ ba l{ điểm ngắn mạch [Mnm; 0]
Tọa độ điểm thứ ba của đặc tính cơ tự nhiên là [770; 0] Độ cứng của đặc tính này có thể được xác định thông qua biểu thức (2-15) hoặc dựa trên số liệu thu thập từ đường đặc tính trong hình 2-3.
®m ®m b) X}y dựng đặc tính cơ nh}n tạo có Rưf = 0,78Ω:
Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng, tốc độ không tải lý tưởng vẫn giữ nguyên Do đó, có thể vẽ đặc tính cơ nh}n tạo với Rưf = 0,78Ω qua các điểm không tải lý tưởng [0; ω0] và điểm tương ứng với tốc độ nh}n tạo [Mđm; ωnt].
Hình 2.3 : Đặc tính cơ tự mhiên và đặc tính cơ nhân tạo
Ta tính được gi| trị mômen (cơ) định mức:
V{ tính tốc độ góc nh}n tạo:
Ta có tọa độ điểm tương ứng với tốc độ nh}n tạo [28,66; 183,3]
Vậy ta có thể dựng được đường đặc tính cơ nh}n tạo có điện trở phụ trong mạch phần ứng như đường dtrên hình 2 - 3
2.2.2 Ảnh hưởng các thông số đến dạng đặc tính cơ
Ba tham số chính ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ bao gồm từ thông động cơ (Φ), điện áp phần ứng (Uư) và điện trở phần ứng Trong đó, điện trở phần ứng đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hoạt động của động cơ.
Giả thiết Uư = Uđm = const và Φư = Φđm = const
Muốn thay đổi điện trở mạch phân ứng ta nối thêm điện trở phụ Rt vào mạch phần ứng
Trong trường hợp n{y tốc độ không tải lý tưởng:
K ®m ®m Độ cứng đặc tính cơ:
Khi Rưf c{ng lớn, β càng nhỏ, nghĩa là đặc tính cơ càng dốc Ứng với Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:
Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập cho thấy rằng khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng βTN đạt giá trị lớn nhất, độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên vượt trội hơn so với tất cả các đường đặc tính có điện trở phụ khác.
Khi thay đổi điện trở phụ Rf, ta tạo ra một họ đặc tính biến trở, như hình 2.4 Đối với một phụ tải Mc nhất định, điện trở Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm và dòng điện ngắn mạch cũng giảm theo Phương pháp này được áp dụng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ dưới mức tốc độ cơ bản Ảnh hưởng của điện áp phần ứng cũng cần được xem xét trong quá trình điều chỉnh này.
Giả thiết từ thông Φư = Φđm = const, điện trở phầnn ứng Rư = const Khi thay đổi điện |p theo hướng giảm so với Uđm, ta có:
Tốc độ không tải: 0 ar
K ®m Độ cứng đặc tính cơ:
Như vậy khi thay đổi điện |p đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính song song với đặc tính cơ tự nhiên như hình 2.5
Hình 2.5: Các đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ
Khi điện áp giảm, mômen ngắn mạch của động cơ và tốc độ cũng giảm theo, tương ứng với một phụ tải nhất định Phương pháp này được áp dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động Ảnh hưởng của từ thông cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = const Điện trở phần ứng Rư = const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng kích từ Ikt động cơ
Tốc độ không tải: 0 ar
K ®m Độ cứng đặc tính cơ:
Do cấu tạo của động cơ điện, việc điều chỉnh giảm từ thông thường xảy ra Khi từ thông giảm, tốc độ góc ω ox sẽ tăng, trong khi đó góc β sẽ giảm Điều này dẫn đến một tập hợp các đặc tính, trong đó tốc độ góc ω ox tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi từ thông giảm.
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:
Dòng điện ngắn mạch: 0 ar
Mômen ngắn mạch: M nm K x nm I Var
Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu diên trên hình 2.6
Hình 2.6: Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ một chiềukích từ độc lập khi giảm từ thông
Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm từ thông tốc dộ động cơ tăng lên
2.2.3 Đặc tính cơ trong tr ạng thái hãm
Hệ thống động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm, trong đó mômen quay sinh ra ngược chiều với tốc độ của động cơ, thường được gọi là chế độ hãm máy phát.
Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
2.3.1 Phương trình đặc tính cơ Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (ĐMnt): nguồn một chiều cấp chung cho phần ứng nối tiếp với kích từ
Hình 2.10: a) Sơ đồ nối dây ĐM nt b) Đặc tính từ hóa của ĐM nt
Dòng kích từ chính trong động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng và tải trọng của động cơ, do đó từ thông của động cơ cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố này.
Theo sơ đồ hình 2-10a, có thể viết phương trình c}n bằng điện |p của mạch phần ứng như sau:
Trong này: Rư l{ điện trở phần ứng động cơ
Rkt l{ điện trở cuộn d}y kích từ
Rưf l{ điện trở phụ mắc thêm v{o mạch phần ứng
Tương tự ĐMđl, từ c|c phương trình trên ta rút ra:
Từ thông Ф phụ thuộc v{o dòng kích từ Ikt theo đặc tính từ ho| như đường
Từ thông Ф có mối quan hệ chặt chẽ với sức từ động kích từ Fkt của động cơ, được biểu diễn qua công thức Fkt = Ikt.Wkt Khi dòng kích từ đạt mức định mức, từ thông của động cơ cũng sẽ đạt giá trị định mức tương ứng.
Để đơn giản hóa quá trình thiết lập phương trình đặc tính cơ điện của động cơ, ta coi mạch từ của động cơ là chưa bảo hòa Mối quan hệ giữa từ thông và dòng kích từ là tuyến tính, được biểu diễn qua phương trình: Ф = C.Ikt, trong đó C là hệ số tỉ lệ.
Nếu bỏ qua phản ứng phần ứng, ta có: Ф = C.Ikt= C.Iư= C.I (2-42)
Kết hợp (2-42) với (2-37) ta được phương trình đặc tính cơ điện của ĐMnt:
Thay (2-45) vào (2-43) ta có phương trình đặc tính cơ ĐMnt:
Theo phương trình (2-43) và (2-46), đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có dạng hyperbol và rất mềm, như thể hiện trong hình 2-11a, b Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tưởng được cho là vô cùng, nhưng trên thực tế, không tồn tại tốc độ không tải lý tưởng cho loại động cơ này.
C|c đặc tính cơ điện v{ đặc tính cơ của ĐMnt:
Hình 2.11: a) Đặc tính cơ điện của ĐM nt b) Đặc tính cơ của ĐM nt
Như vậy đặc tính cơ điện của ĐMnt có dạng đường hypebol v{ rất mềm Nó có hai đường tiệm cận (hình 2-12a):
+ Khi I →0, ω → ∞: Tiệm cận trục tung
+ Khi ω →-B, M → ∞: Tiệm cận đường ω= -B = - (RưΣ)/K.C
Tương tự, đối với đặc tính cơ của ĐMnt cũng có hai đường tiệm cận (hình 2- 12b):
+ Khi M →0, ω → ∞: Tiệm cận trục tung
+ Khi ù →-B, M → ∞: Tiệm cận đường ω= -B = - (RưΣ)/K.C
Hình 2.12: a) Tiệm cận của đặc tính cơ điện của ĐM nt b) Tiệm cận của đặc tính cơ của ĐM nt
Với đặc tính cơ tự nhiên thì Rưf = 0, nên ta có hai đường tiệm cận ứng với: + Khi M →0, ω → ∞: Tiệm cận trục tung
+ Khi ω →-B(tn), M → ∞: đặc tính cơ sẽ tiệm cận với đường thẳng ω= - B(nt) = (Rư)/K.C
2.3.2 Ảnh h ưởng các thông s ố đến d ạng đặc tính c ơ a) X}y dựng c|c đặc tính cơ khi khởi động ĐMđl:
Sơ đồ nguyên lý v{ đặc tính khởi động trình b{y trên hình 2-13:
Hình 2.13: a) Sơ đồ nối dây ĐM nt khởi động 2 cấp, m=2 b) Các đặc tính cơ khi khởi động ĐM nt , m=2
Qu| trình x}y dựng đặc tính khởi động theo c|c bước sau:
1 Dựa v{o c|c thông số của động cơ v{ đặc tính vạn năng, vẽ ra đặc tính cơ tự nhiên
2 Chọn dòng điện giới hạn I1≤(2÷2,5)Iđm v{ tính điện trở tổng của mạch phần ứng khi khởi động R = Uđm/I1 Ta kẻ đường I1= const nó sẽ cắt đặc tính tự nhiên tại e
3 Chọn dòng chuyển khi khởi động I2= (1,1÷1,3)Ic Kẻ đường I2= const nó sẽ cắt đặc tính tự nhiên tại f, v{ nó cũng cắt đặc tính nh}n tạo dốc nhất (có R) tại b theo biểu thức:
Khi các đường ef và ab kéo dài, chúng sẽ cắt nhau tại điểm A Từ A, ta tiếp tục dựng các đường đặc tính khởi động tuyến tính, đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu khởi động Kết quả là ta có đường khởi động abcdefXL Bên cạnh đó, cần tính toán điện trở khởi động để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Theo phương ph|p tuyến tính ho| trên, điện trở phụ tổng được tính Rưf = R -
Rư, ta có điện trở phụ c|c cấp: a ; a ac ce
2.3.3 Đặc tính cơ trong trạng thái hãm máy Động cơ ĐMnt có ω0 ≈ ∞, nên không có h~m t|i sinh m{ chỉ có hai trạng th|i hãm: Hãm ngượcv{ H~m động năng
Hãm ngược động cơ nt có thể thực hiện bằng cách đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng Khi động cơ đang làm việc tại điểm A, việc đóng điện trở lớn vào phần ứng sẽ khiến động cơ chuyển sang các điểm B, C và thực hiện hãm ngược trong đoạn CD.
Hình 2.14 mô tả sơ đồ nối dây ĐM nt khi hãm ngược với R ưf và đặc tính hãm ngược ĐM nt đoạn CD Khi hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng, động cơ hoạt động ở điểm A trên đặc tính cơ tự nhiên với Uư > 0, quay theo chiều ω > 0, làm việc ở chế độ động cơ, và chiều mômen trùng với chiều tốc độ.
Khi ta đổi cực tính điện, nếu phần ứng Uư < 0, do dòng đảo chiều lớn, cần thêm điện trở phụ để hạn chế Mặc dù chiều dòng kích từ vẫn giữ nguyên, dòng điện phần ứng sẽ đổi chiều Iư < 0, dẫn đến mômen đổi chiều Động cơ sẽ chuyển sang điểm B trên đặc tính, đoạn BC là đoạn h~m ngược, và sẽ làm việc x|c lập ở D nếu phụ tải ma s|t Trong trường hợp này, dòng h~m và mômen h~m của động cơ sẽ được tính toán.
Phương trình đặc tính cơ:
Hình 2.15: a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách đảo U ư b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách đảo U ư
Hãm động năng kích từ độc lập của động cơ điện được thực hiện khi động cơ đang làm việc với lưới điện Cụ thể, phần ứng của động cơ sẽ được cắt ra khỏi lưới điện và một điện trở hãm Rh sẽ được đóng vào Đồng thời, cuộn kích từ được kết nối với lưới điện thông qua một điện trở phụ, đảm bảo dòng kích từ có chiều và trị số không đổi (Iktđm) Điều này tương tự như phương pháp hãm động năng kích từ độc lập của động cơ điện đồng bộ.
Phương trình đặc tính cơ khi h~m động năng:
Hình 2.16 mô tả sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập của động cơ điện (ĐM nt) và đặc tính cơ của phương pháp hãm này Trong quá trình hãm động năng tự kích từ, động cơ hoạt động với lưới điện tại điểm A, thực hiện việc cắt cả phần ứng và kích từ ra khỏi lưới điện, sau đó kết nối chúng với một điện trở hãm.
Dòng kích từ cần được giữ nguyên theo chiều cũ để duy trì động năng tích lũy trong động cơ Do đó, động cơ tiếp tục quay và hoạt động như một máy phát tự kích, chuyển đổi cơ năng thành nhiệt năng trên các điện trở.
Phương trình đặc tính cơ khi h~m động năng tự kích từ:
V{ từ thông giảm dần trong qu| trình h~m động năng tự kích
Hình 2.17: a) Sơ đồ hãm động năng tự kích từ ĐM nt b) Đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ ĐM nt
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
2.4.1 Phương trình đặc tính cơ
Động cơ không đồng bộ (ĐK) là một thiết bị phổ biến trong thực tế nhờ vào cấu tạo đơn giản và độ tin cậy cao Nó yêu cầu vốn đầu tư thấp, có giá thành hợp lý, và kích thước cũng như trọng lượng nhỏ hơn so với các loại động cơ cùng công suất khác.
32 định mức so với động cơ một chiều Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha
Việc điều chỉnh tốc độ và khống chế quá trình quán tính là một thách thức lớn, đặc biệt với các động cơ ĐK lồng sóc, do chúng có chỉ tiêu khởi động không thuận lợi, bao gồm dòng khởi động lớn và mômen khởi động nhỏ Để đơn giản hóa quá trình khảo sát và nghiên cứu, chúng ta sẽ đưa ra một giả thiết.
+ Ba pha của động cơ l{ đối xứng
Thông số của mạch từ không thay đổi, nghĩa là nó không phụ thuộc vào nhiệt độ, tần số, và các yếu tố khác như điện trở hay điện kháng Tổng dẫn của mạch vòng từ hoá cũng ổn định, và dòng từ hoá chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato mà không bị ảnh hưởng bởi tải.
+ Bỏ qua c|c tổn thất ma s|t, tổn thất trong lõi thép
+ Điện |p lưới ho{n to{n sin v{ đối xứng
Hình 2.19 Với c|c giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế 1 pha của động cơ như hình 2-19 Trong đó:
U1f l{ trị số hiệu dụng của điện |p pha stato (V)
I1, Iμ, I’2 l{ c|c dòng stato, mạch từ hóa, rôto đ~ quy đổi về stato (A)
X1, Xμ, X’2 l{ điện kh|ng stato, mạch từ, rôto đ~ quy đổi về stato (Ω)
R1, Rμ, R’2l{ điện trở stato, mạch từ, rôto đ~ quy đổi về stato (Ω)
R’2f l{ điện trở phụ (nếu có) ở mỗi pha rôto đ~ quy đổi về stato (Ω) s l{ hệ số trượt của động cơ:
Trong đó: ω1= ω0 l{ tốc độ của từ trường quay ở stato động cơ, còn gọi l{ tốc độ đồng bộ (rad/s):
(2-52) ω l{ tốc độ góc của rôto động cơ (rad/s)
Trong đó: f1l{ tần số của điện |p nguồn đặt v{o stato (Hz), pl{ số đôi cực của động cơ,
* Biểu đồ năng lượng của ĐK:
Với c|c giả thiết ở trên, ta có biểu đồ năng lượng của động cơ ĐK 3 pha
Trong biểu đồ năng lượng:
P1 l{ công suất điện từ đưa v{o 3 pha stato động cơ ĐK
∆P1= ∆PCu1l{ tổn thất công suất trong c|c cuộn d}y đồng stato
P12l{ công suất điện từ truyền giữa stato v{ rôto động cơ ĐK
∆P2= ∆PCu2l{ tổn thất công suất trong c|c cuộn d}y đồng rôto
P2 l{ công suất trên trục động cơ, hay l{ công suất cơ của ĐK truyền động cho m|y sản xuất
* Phương trình và đặc tính cơ ĐK:
Từ sơ đồ thay thế hình 2-23, ta tính được dòng stato:
Trong đó: R’2Σ= R’2+ R’2f l{ điện trở tổng mạch rôto
Xnm= X1+ X’2 l{ điện kh|ng ngắn mạch
Từ phương trình đặc tính dòng stato (2-53) ta thấy:
Khi ω = 0, s = 1, ta có: I1 = I1nm- dòng ngắn mạch của stato
Nghĩa l{ ở tốc độ đồng bộ, động cơvẫn tiêu thụ dòng điện từ ho| để tạo ta từ trường quay
Trị số hiệu dụng của dòng rôto đ~ quy đổi về stato:
Phương trình (2-61) l{ quan hệ giữa dòng rôto I’2 với hệ số trượt s hay giữa I’2 với tốc độ ω, nên gọi l{ đặc tính điện-cơ của động cơ ĐK Qua (2-54) ta thấy:
Trong đó: I’2nm l{ dòng ngắn mạch của rôto hay dòng khởi động
Để xác định phương trình đặc tính cơ của ĐK, cần xem xét điều kiện cân bằng công suất trong động cơ, cụ thể là công suất điện được chuyển từ stato sang rôto.
Mđt l{ mômen điện từ của động cơ, nếu bỏ qua c|c tổn thất phụ:
Trong đó: Pcơ= M.ω l{ công suất cơ trên trục động cơ
∆P2= 3I’22.R’2Σ l{ tổn hao công suất đồng trong rôto
Thay v{ biến đổi ta có :
Phương trình (2-58) là phương trình đặc tính cơ của ĐK, biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ tạo thành đường cong như hình 2-20b Để xác định các điểm cực trị của đường cong, ta cần tính đạo hàm dM/ds = 0, từ đó sẽ thu được các trị số về độ trượt tới hạn sthvà mômen tới hạn Mth tại các điểm cực trị.
Trong c|c biểu thức trên, dấu (+) ứng với trạng th|i động cơ, còn dấu (-) ứng với trạng th|i m|y ph|t, (MthĐ> MthF)
Phương trình đặc tính cơ của ĐK có thể biểu diễn theo closs:
2 th th th th th
Đối với động cơ điện có công suất lớn, giá trị R1 thường rất nhỏ so với Xnm, do đó có thể bỏ qua R1 và coi asth ≈ 0 Khi áp dụng điều này, ta có thể sử dụng dạng closs đơn giản.
Hình 2.21: Đặc tính cơ của ĐK
+ Trong nhiều trường hợp cho phép ta sử dụng những đặc tính gần đúng bằng cách truyến tính ho| đạc tính cơ trong đoạn l{m việc
Ví dụ ở vùng độ trượt nhỏ s < 0,4sththì ta xem s/sth ≈0 v{ ta có:
Có thể tuyến tính hóa đoạn đặc tính cơ l{m việc qua 2 điểm: điểm đồng bộ (không tải lý tưởng) v{ điểm định mức:
Trên đặc tính cơ tự nhiên, thay M = Mđm, Mth= λMđm, ta có:
Qua dạng đặc tính cơ tự nhiên của ĐK hình 2-21, một c|ch gần đúng ta tính độ cứng đặc tính cơ trong đoạn l{m việc:
+ Đối với đoạn đặc tính có s >> sth thì coi sth/s ≈0 v{ ta có:
Trong đoạn n{y độ cứng β > 0 v{ gi| trị của nó thay đổi, đ}y thường l{ đoạn động cơ khởi động
2.4.2 Ảnh hưởng của các thông số đến d ạng đặc tính cơ
Chương trình đặc tính cơ bản của hoạt động cơ ĐK cho thấy các thông số như Rs, Rr, Xs, Xr, UL, fL có ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính của cơ ĐK Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét ảnh hưởng của một số thông số cụ thể.
2.4.2.1 Ảnh hưởng của điện áp lưới (U l ):
Khi điện áp lưới suy giảm, mômen tới hạn Mth sẽ giảm theo bình phương độ suy giảm của UL, trong khi tốc độ đồng bộ ω0 và hệ số trượt tới hạn Sth không thay đổi Điều này dẫn đến sự thay đổi trong đặc tính cơ của động cơ khi UL giảm Đồ thị cho thấy với một mômen cản cố định (MC), khi điện áp giảm, tốc độ ổn định càng nhỏ Hơn nữa, vì mômen khởi động Mkđ và mômen tới hạn Mth đều giảm theo điện áp, khả năng khởi động của hệ thống cũng bị giảm dần Do đó, nếu điện áp quá nhỏ, hệ truyền động có thể không khởi động hoặc không hoạt động được.
2.4.2.2 Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato:
Khi điện trở hoặc điện kháng mạch stato thay đổi, hoặc khi thêm điện trở phụ (Rlf) và điện kháng phụ (Xlf) vào mạch stato, nếu ω0 giữ nguyên, theo các biểu thức (2-67) và (2-68), mômen Mth và Sth sẽ giảm, dẫn đến đặc tính cơ của hệ thống có dạng như hình 2-23.
Theo đồ thị, ta nhận thấy rằng với mômen Mkđ = Mnm.fth, đoạn làm việc của đặc tính cơ có điện kháng (Xlf) cứng hơn so với đặc tính có điện trở (Rlf) Khi tăng giá trị Xlf hoặc Rlf, mômen Mth cũng sẽ thay đổi tương ứng.
Khi sử dụng Xlf hoặc Rlf để khởi động nhằm hạn chế dòng khởi động, có thể dựa vào tam giác tổng trở ngắn mạch để xác định giá trị của Xlf hoặc Rlf.
2.4.2.3 ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch rôto:
Khi thêm điện trở phụ (R2f) và điện kháng phụ (X2f) vào mạch rôto của động cơ, thì tốc độ góc ωo được giữ cố định, trong khi mô men Mth cũng ổn định Tuy nhiên, độ trượt Sth sẽ thay đổi, dẫn đến đặc tính cơ của động cơ có hình dạng tương tự như hình 2-24.
Theo đồ thị, khi R2f và X2f tăng, sức căng (Sth) cũng tăng, trong khi độ cứng giảm Điều này dẫn đến việc tốc độ làm việc của động cơ bị giảm khi phụ tải không đổi, đồng thời dòng điện khởi động cũng giảm xuống.
2.4.2.4 ảnh hưởng của tần số lưới cung cấp cho động cơ:
Khi điện |p nguồn cung cấp cho động cơ có tần số (f1) thay đổi thì tốc độ từ trường ωo v{ tốc độ của động cơ ω sẽ thay đổi theo
Qua đồ thị ta thấy:
Khi tần số tăng (f13> f1.đm), thì Mthsẽ giảm, (với điện |p nguồn U1= const) thì :
Khi tần số nguồn giảm (f11 < f1đm), nếu giữ điện áp không đổi, dòng điện động cơ sẽ tăng cao Do đó, khi giảm tần số, cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định để động cơ tạo ra mômen tương đương với chế độ định mức.
2.4.3 Các đặc tính cơ khi hãm động cơ ĐK: Động cơ điện ĐK cũng có ba trạng th|i h~m: h~m t|i sinh, h~m ngược v{ h~m động năng
2.4.3.1 Hãm tái sinh: Động cơ ĐK khi h~m t|i sinh: ω> ωo, v{ có trả năng lượng về lưới
Hãm tái sinh động cơ ĐK thường xảy ra trong các trường hợp như khi có nguồn động lực quay rôto với tốc độ ω lớn hơn ωo, hoặc khi giảm tốc độ động cơ bằng cách tăng số đôi cực Ngoài ra, hãm tái sinh cũng xảy ra khi động cơ truyền động cho tải có dạng thế năng trong quá trình hạ tải với |ω| lớn hơn |-ωo| bằng cách đảo 2 trong 3 pha stato của động cơ.
Các mạch cơ bản của hệ thống điều khiển truyền động điện
Mạch điều khiển khởi động động cơ AC dùng rờ le
Cho các thành phần của mạch động lực gồm: nguồn cấp, nút nhấn, rờ le, động cơ a) Mạch điều khiển bằng rơle/contactor
Sơ đồ nối mạch được thực hiện như sau:
Sơ đồ điều khiển khởi động động cơ AC 3 pha rô to dây quấn không đảo chiều
Khi nhấn nút Start, cuộn dây M1 của công tắc tơ được cấp điện, làm đóng tiếp điểm thường mở M1 Tiếp điểm này được mắc nối tiếp với động cơ, cung cấp nguồn 3 pha để động cơ hoạt động.
M1 hoạt động song song với nút nhấn Start, giúp duy trì nguồn cấp cho cuộn dây M1 Khi nhấn nút Stop, nguồn cấp cho cuộn dây công tắc tơ M1 sẽ bị ngắt, dẫn đến tiếp điểm thường mở M1 trong mạch động lực mở ra và động cơ dừng lại.
*Sơ đồ đấu dây thực tế
56 b)Mạch khởi động dùng nút gạt
Sử dụng nút gạt giúp đơn giản hóa mạch điều khiển, loại bỏ nhu cầu sử dụng nút Stop và kỹ thuật tự duy trì.
Mạch khởi động khụng đảo chiều với nỳt nhấn lựa chọnù chế đo
Chế độ hoạt động phụ thuộc vào vị trí của nút lựa chọn
Off: Khi nút lựa chọn ở vị trí Off Động cơ không hoạt động
Hand: Khi nút lựa chọn được gạt sang và giữ ở vị trí Hand thì động cơ sẽ hoạt động Động cơ được tắt nếu gạt sang chế độ Off
Auto: Khi nút lựa chọn ở vị trí Auto Việc động cơ chạy hoặc dừng là do công tắc áp suất quyết định c) Mạch khởi động có đảo chiều
Khi nhấn nút Forward, cuộn dây M1 của công tắc tơ được cấp điện, đóng tiếp điểm thường mở M1, cho phép động cơ hoạt động theo chiều thuận với nguồn 3 pha Tiếp điểm M1 cũng tự duy trì nguồn cấp cho cuộn dây M1 nhờ vào việc mắc song song với nút nhấn Forward Đồng thời, tiếp điểm thường đóng M2 được mắc nối tiếp với cuộn dây M1 nhằm đảm bảo rằng hai tiếp điểm M1 và M2 không đóng đồng thời, giúp bảo vệ hệ thống.
Khi nhấn nút Reverse, cuộn dây M2 của công tắc tơ được cấp điện, làm đóng tiếp điểm thường mở M2, từ đó cung cấp nguồn 3 pha cho động cơ hoạt động theo chiều nghịch Tiếp điểm M2 cũng tự duy trì nguồn cấp cho cuộn dây M2 khi đóng song song với nút nhấn Reverse Để đảm bảo an toàn, tiếp điểm thường đóng M1 được kết nối với cuộn dây M2 nhằm ngăn chặn việc cả hai tiếp điểm M1 và M2 đóng đồng thời.
Khi nhấn nút Stop, mạch duy trì sẽ bị ngắt, dẫn đến việc các tiếp điểm M1 hoặc M2 trong mạch động lực mở ra và động cơ sẽ dừng lại Mạch khởi động bao gồm cả cầu chì và cầu dao ngắt để đảm bảo an toàn cho hệ thống.
Khi nhấn nút Start, cuộn dây M1 của công tắc tơ được cấp điện và làm đóng tiếp điểm thường mở M
Tiếp điểm thường mở M1 được mắc nối tiếp với động cơ để cung cấp nguồn 3 pha cho hoạt động của động cơ Đồng thời, tiếp điểm này cũng được mắc song song với nút nhấn Start, giúp tự duy trì nguồn cấp cho cuộn dây M1 Khi nhấn nút Stop, nguồn cấp cho cuộn dây công tắc tơ M1 sẽ bị ngắt, dẫn đến việc tiếp điểm thường mở M1 trong mạch động lực mở ra và động cơ sẽ dừng lại.
Mạch khóa lẫn động cơ
Trường hợp a, động cơ 2 chỉ khởi động khi động cơ 1 đã hoạt động
Trường hợp b, mỗi động cơ có thể khởi động riêng lẻ hoặc khởi động đồng thời
Mạch hãm động năng
Khi nhấn nút khởi động, cuộn dây M được kích hoạt, đóng TĐTM M và cung cấp điện cho động cơ hoạt động Công tắc thường mở M hoạt động song song với nút nhấn K, giúp duy trì trạng thái đóng.
Rờ le hãm động năng RHd trong mạch 1 chiều được kích hoạt, dẫn đến việc đóng tiếp điểm thường mở RHd với tốc độ chậm Tuy nhiên, do TĐTĐ M vẫn đang ở trạng thái hở, nên Hd chưa được tác động.
Khi nhấn nút dừng, cuộn dây M ngừng hoạt động, dẫn đến TĐTM M hở mạch và động cơ không nhận được điện Đồng thời, TĐTĐ M đóng mạch, tác động vào cuộn dây Hd để tạo ra mạch một chiều Kết quả là động cơ được cấp dòng một chiều qua hai dây pha, gây ra hãm động năng.
Sau thời gian thiết lập, TĐTM mở chậm RHd mở ra làm ngắt nguồn một chiều cấp cho động cơ.
Mạch hãm ngược không đảo chiều
Khi nhấn nút khởi động K, cuộn dây M sẽ được kích hoạt, đóng công tắc TĐTM M để cung cấp điện cho động cơ hoạt động Công tắc thường mở M được kết nối song song với nút nhấn K và có khả năng tự duy trì trạng thái đóng.
Khi động cơ hoạt động, rờ le vận tốc sẽ đóng tiếp điểm thường mở RV Tuy nhiên, do TĐTĐ M vẫn đang hở, nên Hn chưa được tác động.
Khi nhấn nút dừng, cuộn dây M ngừng hoạt động, dẫn đến TĐTM M hở mạch và động cơ không nhận được điện Đồng thời, TĐTĐ M đóng mạch, kích hoạt cuộn dây Hn để thực hiện đảo pha, giúp hãm ngược động cơ.
Khi động cơ giảm tốc đến mức nào đó thì rờ le vận tốc thôi tác động, TĐTM
RV hở ra và ngừng cấp điện cho động cơ.
Mạch hãm ngược đảo chiều
Khi nhấn nút khởi động K, cuộn dây M sẽ hoạt động, đóng TĐTM M để cấp điện cho động cơ Công tắc thường mở M được kết nối song song với nút nhấn K, giúp duy trì trạng thái hoạt động của hệ thống.
Khi động cơ hoạt động, rờ le vận tốc sẽ tác động để đóng tiếp điểm thường mở RV Tuy nhiên, do TĐTĐ M vẫn chưa được kết nối, nên Hn chưa được kích hoạt.
Khi nhấn nút dừng, cuộn dây M ngừng hoạt động, dẫn đến tình trạng TĐTM M hở mạch và động cơ không còn được cấp điện Đồng thời, TĐTĐ M đóng mạch, kích hoạt cuộn dây Hn để thực hiện việc đóng mạch đảo pha, từ đó động cơ được hãm ngược.
Khi động cơ giảm tốc đến mức nào đó thì rờ le vận tốc thôi tác động, TĐTM
RV hở ra và ngừng cấp điện cho động cơ.
Mạch hãm điện cơ
Khi nhấn nút khởi động K, cuộn dây M được kích hoạt, đóng công tắc TĐTM M và cung cấp điện cho động cơ Công tắc thường mở M hoạt động song song với nút nhấn K, giúp duy trì trạng thái đóng tự động.
Khi nhấn nút dừng, cuộn dây M thôi tác động TĐTM M hở mạch động cơ không được cấp điện Đồng thời cuộn dây H được tác động làm đóng TĐTM H
Cuộn dây nam châm Nc của phanh điện cơ được tác động làm hãm động cơ.
![Hình 1.5: Biểu diễn các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M, ω] - Bài giảng Truyền động điện](https://media.store123doc.com/figures/002/034/hinh-bieu-dien-trang-thai-mat-phang-m-2034354.png)
