Ví dụ 10: Hãm động năng tự kích từ động cơ một chiều kích từ độc lập.
Hình 2.91 trình bày sơ đồ nguyên lý nối dây từ chế độ động cơ (a) sang chế độ hãm động năng tự kích từ (b).
HÌNH 2.91. Sơ đồ nối dây (a, b) và đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ động cơ một chiểu kích từ độc lập.
Động năng tích lũy tiếp tục làm quay rotor theo chiều cũ. s.đ.đ. cảm ứng E sẽ tạo dòng cảm ứng khép kín qua điện trở hãm Rh, đồng thời tự cấp dòng kích từ cho cuộn kích từ KT.
Dòng điện phần ứng đảo chiều trong từ trường kích từ như cũ sẽ sinh ra mô men hãm làm tốc độ động cơ giảm dần. Sự suy giảm tốc độ kéo theo s.đ.đ. giảm, từ trường kích từ và từ lực giảm, do đó mô men hãm giảm nhanh. Qặc tính hãm có dạng đường cong như hình 2.9lc (ở góc phần tư thứ II).
Phương phập hãm động năng tự kích từ không có hiệu quả bằng phương pháp hãm động năng kích từ độc lập, song lại có lợi thê là không cần nguồn điện một chiểu bên ngoài cấp cho cuộn kích từ và có thể tiến hành hãm khi mất điện. Muốn vậy, chỉ cần tạo mạch hãm bằng các tiếp điểm thường đóng để .khi mất điện, động cơ luôn được hãm động năng tự kích từ.
HÌNH 2.92. Sơ đổ nối dây (a, b) và đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ động cơ
một chiều kích từ nối tiếp (c).
75
Điện trở hãm Rh ảnh híưởng/tới đặc tính hãm, do đó ảnh hưởng tới mô men hãm ban đầu. Điện trở hãm nhỏ sẽ cho mô mến hãm ban đầu lớn (đường 3 có |M b'| > |MB| của đường 2).
Vì dòng điện hãm không được quá giới hạn 2,5 Iđm nên điện trở hãm cũng không thể nhỏ quá.
Nếu mô men cản là phản kháng, động cơ sẽ dừng tại điểm o. Nếu mô men cản có tính chất thế năng mà giữ nguyên mạch hãm thì tải sẽ kéo động cơ quay ngược, hãm ghìm vật để hạ xuống đều tại điểm làm việc D hoặc D' trên đặc tính hãm.
Ví ílụ I I : Hãm động năng tự kích từ một động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
Để hãm động năng tự kích từ, động cơ đang nối theo mạch nguyên lý hình 2.92a cần chuyển thành mạch hình 2.92b.
Đặc tính hãm điện của một số động CO'
B ảng 2.1
16'
Do tự kích nên tốc độ động cơ giảm sẽ kéo theo giảm từ trường kích từ, giảm mô men hãm. Đặc tính hãm tương tự như của động cơ kích từ độc lập (hình 2.92c) ở ví dụ 10.
Có thể tóm tắt các đặc tính hãm điện của các loại động cơ điện đã xét như bảng 2.1.
2.11. HÃM BẰNG TỤ ĐIỆN CHO ĐỘNG c ơ KHÔNG ĐồNG BỘ
Để dừng chính xác một động cơ không đồng bộ từ tốc độ làm việc nào đó mà không cđn qua giai đoạn giảm trước tốc độ thì tốc độ làm việc cần phải nhỏ, mô men quán tính phải nhỏ. Trong trường hợp này, để dừng động cơ, thường sử dụng một trong các dạng hãm: hãm động năng, hãm ngược, hãm bằng phương pháp cơ học (phanh điện cơ).
Trong kỹ thuật cũng sử dụng phổ biến phương pháp hãm bằng tụ điện đối với các động cơ không đồng bộ công suất nhỏ nhằm: dừng nhanh, rút ngắn hành trình hãm, nâng cao độ chính xác khi dừng. Phương pháp này cho kết quả tốt hơn các phương pháp hãm đã nêu ở trên.
HÌNH 2.93. Hãm động năng cho mò men hãm nhỏ HÌNH 2.94. Sơ đổ nguyên lý nối động cơ
a vùng lốc độ cao. đế hãm bằng tụ điện.
Hãm động năng là nhờ cấp dòng một chiểu vào stator động cơ khi đã cắt động cơ ra khỏi lưới điện. Phương pháp này tạo ra mô men hãm không lớn ở vủng tốc độ cao (hình 2.93).
Hãm nối ngược (đảb chỗ hai pha khi hãm và lúc sắp dừng thì cắt động cơ ra khỏi lưới) không đảm bảo dừng chính xác do tác động của rơle kiểm tra tốc độ. Phương pháp không được dùng khi động cơ phải đóng - cắt nhiều lần vì gây ra đốt nóng mạnh cuộn dây động C ơ .
Hãm cơ học ở tốc độ cao sẽ gây ra mài mòn mạnh chỗ phanh và cũng không cho kết quả dừng chính xác theo yêu cầu.
Hình 2.94 trình bày sơ đồ nguyên lý nối động cơ để hãm bằng tụ điện. Các tụ điện nối theo hình A được mắc song song với động cơ và chúng được nạp điện no khi động cơ làm việc tại điểm LV trên đặc tính cơ tự nhiên. Khi cắt động cơ khỏi lưới điện thì các tụ điện sẽ phóno điện và tạo ra từ trường quay với tốc độ không tải lý tưởng thấp hơn rất nhiều so với tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ tự nhiên. Do vậy, tốc độ động cơ đang có lớn hơn
77
nhiều tốc độ không tải lý tưởng mới tạo ra nên động cơ chuyển sang hãm tái sinh tại điểm B trên đặc tính 1. Tốc độ động cơ giảm nhanh theo đặc tính 1 xuống đến tốc độ không tải lý tưởng co0 -
HÌNH 2.95. Đặc tính cơ khi hãm bằng tụ điện ở cả ba pha. HÌNH 2.96. Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ hãm bằng tụ một pha.
Trị số điện dung của tụ điện khác nhau thì đặc tính hãm bằng tụ điện sẽ khác nhau. Điện dung càng lớn thì mô men hãm ban đầu càng lớn và tốc độ không tải lý tưởng càng nhỏ nghĩa là quá trình hãm kéo xuống đến tốc độ thấp hơn.
Giá trị điện dung của tụ điện cần chọn sao cho dòng điện hãm ban đầu (dòng pic) không vượt quá dòng điện mở máy. Ở tần số 50Hz, độ lớn của điện dung tụ điện nối theo hình A (hình 2.94) được tính theo công thức:
c = 3185k -Í^í— J |^f] (2.58)
^đm trong đó:
Iot - dòng từ hóa một pha của động cơ (A);
u đm- điện áp dây định mức (A);
k - hệ số, quyết định mô men hãm hay dòng điện hãm ban đầu, thường chọn: k = 4 -ỉ- 6.
/ /
N
HÌNH 2.97. So sánh các đặc tính của các phương pháp hãm khác nhau:
1 — hãm cơ ; 2 — hãm động nãng ; 3 — hãm n ối ngược ; 4 — hãm bằng tụ.
7 8
Quá trình hãm bằng tụ điện sẽ kết thúc khi tốc độ giảm còn 30 + 40% giá trị tốc độ định mức và lúc này động cơ đã bị tiêu hao tới 3/4 cơ năng dự trữ được khi làm việc. Để dừng hoàn toàn động cơ cần có mô men cản trên trục.
Có thể thực hiện hãm bằng tụ điện với sơ đồ một pha đơn giản hơn như ở hình 2.96.
Trong trường hợp này, muốn hãm động cơ có hiệu lực giống như hãm động cơ với tụ điện ở cả ba pha thì phải chọn điện dung của tụ gấp 2,1 lần điện dung của tụ điện mỗi pha trong sơ đồ ba pha. Tuy phải cần một tụ điện có điện dung lớn nhưng giá trị này chỉ bằng 70% tổng giá trị điện dung của các tụ điện trong sơ đồ ba pha.
Có thê so sánh các đặc tính hãm của 4 phương pháp hãm khác nhau như trên hình 2.97.
Để khấc phục thiếu sót cơ bản của phương pháp hãm bằng tụ điện là không hãm đến lúc dừng hoàn toàn động cơ, ta có thể sử dụng 2 cách đơn giản sau:
1. Kết hợp hãm bằng tụ điện và hãm động năng như sơ đổ ở hình 2.98.
Khi hãm bằng tụ đã kết thúc thì đóng công tắc tơ hãm động năng 2K để cấp điện một chiều vào stator động cơ.
Khi hãm động năng, tốc độ động cơ giảm thì mô men hãm Mh tăng nên động cơ dừng nhanh.
2. Đối với động cơ công suất trung bình và lớn thì phương pháp hãm bằng tụ điện ít có hiệu quả.
Nếu TĐ sử dụng động cơ KĐB rotor dây quấn (rotor pha) thì ở cuối giai đoạn hãm bằng tụ điện, ta có thể nhận được tốc độ bò nhờ chuyển các tụ điện vào mạch rotor và nối tiêp với các cuộn cảm (hình 2.99a).
Động cơ được mở máy khi IK, 2K và 4K tác động.
1K nối stator vào lưới điện.
2K nối các tụ điện song song với động cơ (các cuộn cảm L bị loại).
4K nối các điện trở mở máy vào mạch rotor.
Sau khi các công tắc tơ gia tốc IG, 2G và 3G lần lượt tác động trong quá trình mở máy thì động cơ làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên 1 (hình 2.99b). Với tải Mc thì tốc độ động cơ là (0lv
~3
HÌNH 2.98. Hãm bằng tụ điện kết hợp với hãm động nâng.
7 9
Khi hãm, giai đoạn đầu tiên là ngắt công tắc tơ 1K, động cơ chuyên điểm làm việc từ điểm LV sang điểm B trên đặc tính
0 & 0
1K 1K 1K
hãm bằng tụ điện. Cuối giai — —
đoạn này, ngắt công tắc tơ 2K và 4K, đóng công tắc tơ 1K, 3K.
Bây giờ, trong mỗi pha rotor được nối với tụ điện c và điện cám L thành mạch dao động L -C với trở kháng cao, dòng và mô
men nhỏ. Động cơ chuyển điểm 2
K2K2K /^rr<StatorVv\ s
°) làm việc từ c sang D trên đặc
tính 3.
Ở tốc độ thấp hơn, độ trượt tă n g , tần số dòng rotor tăng (f-> = sf|) và khi đạt đến tần số cộng hướng thì trơ kháng mạch L -C giảm manh. Trong rotor có một dòng điện lớn tạo ra một mô men lớn.
Tới điểm E thì động cơ làm việc ổn định với tốc độ thấp, đặc tính cứng. Lúc này, mô men của động cơ sinh ra cân bằng với mô men cản Mc.
' x , Rotor
3K 3K JK liK [4K 4K
T r r i r i r 3G
±:C IÍ:C ' ± c
2K T 2K
n r i r
o _ >
"ì r
~| r
1 r
"1 r
X
2G 1G
Tóm lại:
- Hãm bằng tụ điện là tin cậy, có hiệu lực, đơn giản đối với động cơ KĐB công suất nhỏ(vài . chục kW).
- Khi mô men cản tĩnh trên trục động cơ đủ lớn thì sau khi kết thúc quá trình hãm bằng tụ điện, động cơ nhanh chóng dừng lại với độ chính xác cao.
- Để tăng nhanh quá trình hãm và dừng chính xác cần kết hợp hãm bằng tụ điện sau đó hãm bằng đông nãng .
- Để giảm tổng số điện dung trong hãm bằng tụ điện rrjà hiệu lực hãm gần như nhau, có thể dùng sơ đồ một pha thay cho sơ đồ ba pha.
8 0
HÌNH 2.99. Đối nối các tụ điện vào mạch rotor để nhận được tốc độ bò :
a) sơ đổ nối dây; b) đặc tính cơ.