Như ta đã nêu ở mục 2.2.2, lúc bắt đầu đóng điện cho động cơ, tốc độ động cơ còn bằng 0 nên dòng điện động cơ Inm tính theo (2.12) rất lớn, tạo ra mô men ngắn mạch tính theo (2.11) cũng rất lớn (xem hình 2.11) và có thể gày ra các hậu quả xấu.
- Dòng điện lúc mở máy:
Imin = i r = ^li]L = ( 1 0 ^20)Iđm
ư
Đối với động cơ có công suất càng lớn thì R ư thường có giá trị càng nhỏ và dòng Inm càng lớn. Điều này làm xấu chế độ chuyển mạch trong động cơ, đốt nóng mạnh động cơ và gây sụt áp lưới điện. Tinh trạng càng xấu hơn nếu hệ TĐĐ thường phải mở máy, đảo chiều, hãm điện thường xuyên như ở máy trục, máy cán đảo chiều, thang máy lên xuống V . V . .
- Mô men mở máy quá lớn sẽ tạo ra các xung lực động làm hệ TĐ bị giật, lắc, không tốt về mặt cơ học, hại máy và có thể gây ra nguy hiểm như:
gãy trục, vỡ bánh răng, đứt cáp, đứt xích V . V . .
HÌNH 2.17. Sơ đổ mờ máy động cơ một chiều kích từ độc lập qua 1 cấp điện trờ phụ (a) và đặc tính cơ lúc mỡ máy (b).
Mmnl — MIlm k <ị>đm Imm
Vậy, để đảm bảo an toàn cho động cơ và các cơ cấu truyền động cũng như tránh ảnh hưởng xấu tới lưới điện, phải hạn chế dòng điện khi mở máy, không cho vượt quá giá trị:
Imm - (1>5 ■=■ 2,5) Iđnl
nghĩa là cần phải thêm điện trở phụ Rp (hình 2.17a) vào mạch phần ứng sao cho:
I, uđm u đm
R ư + R p R ưv
(1,5 *2,5)1đm Công suất động cơ lớn thì chọn Imm nhỏ.
25
Trong quá trình mở máy, tốc độ động cơ co tăng dần, sức điện động của động cơ E = kệ© cũng tăng dần và dòng điện động cơ bị giảm:
R u + R p
do đó mô men động cơ cũng giảm. Động cơ mở máy theo mũi tên trên đường đặc tính cơ 1 (hình 2.17b). Nếu cứ giữ nguyên Rp trong mạch phần ứng thì khi tốc độ tăng theo đặc tính 1 tới điểm B, mô men động cơ giảm từ Mmm xuống bằng mô men cản Mt , động cơ sẽ quay ổn định với tốc độ thấp ©g. Do vậy, khi mô men giảm đi một mức nào đó (chẳng hạn M D) thì phải cắt điện trở phụ Rp trong mạch phần ứng nhờ đóng tiếp điểm K để động cơ trở về làm việc (hay tiếp tục mở máy) trên đặc tính tự nhiên tại điểm E. Lúc này mô men động cơ ME lại lớn hơn nhiều mô men tải Mc. nên động cơ tiếp tục tăng tốc nhanh. Tới điểm A thì Md = Mc và động cơ sẽ chạy ổn định với tốc độ ©A trên đường đặc tính cơ tự nhiên.
Lưu ý rằng, khi đóng tiếp điểm K để cắt điện trở phụ Rp ra khỏi mạch rotor thì ngay lập tức, động cơ chuyển từ điểm làm việc D trên đặc tính cơ nhân tạo 1 sang làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên 2. Do quán tính cơ, khi chuyển đặc tính, tốc độ động cơ không kịp thay đổi trong một thời gian quá ngắn nên đoạn chuyển đổi DE là nằm ngang.
Mở máy động cơ theo sơ đổ hìmh 2.17a gọi là mở máy động cơ qua 1 cấp điện trở.
Thực tế, để giảm bớt sự biến động mô men và thời gian lúc mở máy, động cơ thường được mở máy qua vài cấp điện trở phụ. Hình 2.18 là sơ đồ mở máy qua 3 cấp điện trở với các đặc tính cơ tương ứng. Các điện trở phụ được tính chọn sao cho các đặc tính cơ mở máy có các điểm chuyển đổi ứng với các mô men:
M , ô ( 2 - 2 , 5 ) M dm M2 * ( l , l -5- l,3)M dm
HÌNH 2.18. Sơ đồ mở máy động cơ một chiều kích từ độc lập qua 3 cấp điện trớ (a ) và đặc tính cơ lúc mở máy (b).
26
Tóm lại, để hạn chế dòng điện quá lớn lúc mở máy phải thêm điện trở mở máy vào mạch phần ứng. Trong quá trình động cơ tâng tốc, phải loại bỏ dần các điện trở mở máy ra khỏi mạch phẩn ứng.
2.3. ĐỘNG C ơ ĐIỆN MỘT C H lỀư KÍCH TỪNỐỉ TIẾP Động cơ điện một chiều kích từ nối
tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng như sơ đổ nguyên lý ở hình 2.19.
Với cách mắc nối tiếp, dòng điện kích từ bằng dòng điện phần ứng nên cuộn dây kích từ nối tiếp có tiết diện dây lớn và số vòng dây ít. Từ thông của động cớ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng (tức là phụ thuộc vào tải):
HÌNH 2.19. Sơ đổ mạch nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
HÌNH 2.20. Từ thông động cơ điện một chiều kích' từ nối tiếp phụ thuộc vào dòng điện
phần ứng (cũng là dòng diện kích từ).
4> = k*Iư (2.13)
trong đó: k ’ - hệ số, phụ thuộc cấu tạo của cuộn dây kích từ.
Biểu thức (2.13) cho biết: từ thông (ị) phụ thuộc tuyến tính vào dòng điện phần ứrtg (tức dòng điện kích từ). Điều này đúng khi mạch từ không bão hòa từ và khi dòng điện Iư < (ó,8 4- 0,9) Iđm.
Tiếp tục tăng Iư thì tốc độ tăng từ thông (Ị) chậm hơn tốc độ tăng Iư rồi sau đó khi tải lớn (Iư > Iđm), có thể coi <Ị> = const vì mạch từ đã bị bão hòa (hình 2.20).
2,3.1. Phương trình đặc tính cơ
Xuất phát từ các phương trình cơ bản của động cơ điện một chiều nói chung:
U = E + I ưR ư£ (a)
E = kệco (b)
M = k ệ l ư = kk’l j ( c )
ta có thể tìm được phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
Thay (2.13) vào (b) rồi thay tiếp vào (a), ta rút ra:
u R.
( ữ = - £
kk’I ư kk’
Rút Iư từ (c) và thay vào (d) sẽ được phương trình đặc tính cơ:
u R,
cọ = Lưl
a/ŨỠVm kk’
( d )
(2.14)
27