Giáo trình truyền động điện ngành điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng Lào Cai, năm 2017

Giáo trình nghiên cứu truyền động điện nghề điện công nghiệp trường cđ cộng đồng lào cai, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên kỹ thuật.

• Trường học: Trường Cao Đẳng Lào Cai
• Chuyên ngành: Truyền Động Điện
• Đề tài: Khái Quát Chung Của Hệ Truyền Động Điện
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Lào Cai

Tóm tắt

I. Tổng quan giáo trình truyền động điện nghề điện công nghiệp

Giáo trình truyền động điện là tài liệu học tập cốt lõi trong chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp tại trường Cao đẳng Cộng đồng Lào Cai. Nội dung giáo trình cung cấp kiến thức nền tảng và chuyên sâu về các hệ thống biến đổi điện năng thành cơ năng, phục vụ trực tiếp cho máy móc sản xuất. Cấu trúc của một hệ truyền động điện tự động bao gồm hai phần chính. Phần lực (mạch lực) có nhiệm vụ truyền tải điện năng từ nguồn qua các bộ biến đổi đến động cơ điện. Các bộ biến đổi này rất đa dạng, từ máy phát điện, khuếch đại từ đến các bộ biến đổi bán dẫn hiện đại như chỉnh lưu và biến tần. Phần điều khiển (mạch điều khiển) bao gồm các thiết bị đo lường, bộ điều chỉnh và cơ cấu đóng cắt, có chức năng giám sát và ra lệnh cho phần lực hoạt động theo yêu cầu công nghệ. Việc phân loại hệ thống truyền động điện rất đa dạng, dựa trên nhiều tiêu chí: có điều chỉnh hoặc không điều chỉnh, điều khiển theo tín hiệu tương tự hoặc số, sử dụng động cơ một chiều hay xoay chiều. Giáo trình này tập trung vào việc trang bị cho sinh viên khả năng phân tích, thiết kế và vận hành các hệ thống phổ biến, từ đó đáp ứng yêu cầu của ngành tự động hóa công nghiệp hiện đại.

1.1. Cấu trúc và vai trò của module truyền động điện

Trong chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp, module truyền động điện giữ vai trò trung tâm, kết nối giữa lý thuyết mạch điện và ứng dụng máy điện. Module được thiết kế để sinh viên hiểu rõ cấu trúc của một hệ thống truyền động điện tự động, bao gồm các thành phần như bộ biến đổi (BBĐ), động cơ điện (ĐC), và máy sản xuất (MSX). Theo tài liệu gốc, cấu trúc này được chia thành hai nhánh rõ rệt: mạch lực và mạch điều khiển. Mạch lực xử lý công suất lớn, trong khi mạch điều khiển xử lý tín hiệu thông tin để đảm bảo hệ thống vận hành chính xác. Vai trò của module không chỉ dừng lại ở việc cung cấp kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng phân tích các loại hệ truyền động khác nhau, từ hệ không điều chỉnh đơn giản đến các hệ điều khiển vị trí, moment phức tạp sử dụng công nghệ số. Đây là nền tảng vững chắc để học viên tiếp cận các công nghệ cao hơn như PLC trong truyền động điện.

1.2. Mục tiêu của giáo án nghề điện công nghiệp tại Lào Cai

Giáo án nghề điện công nghiệp của trường được xây dựng với mục tiêu kép: trang bị kiến thức lý thuyết vững chắc và nâng cao kỹ năng thực hành điện công nghiệp. Sinh viên sau khi hoàn thành học phần phải có khả năng định nghĩa và phân loại các hệ thống truyền động điện, phân tích được các đặc tính cơ của cả động cơ và máy sản xuất. Một mục tiêu quan trọng khác là làm chủ các phương pháp khởi động, hãm và điều khiển tốc độ cho các loại động cơ phổ biến như động cơ một chiều và động cơ không đồng bộ ba pha. Giáo án nhấn mạnh việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn, giúp sinh viên có thể đọc, phân tích sơ đồ mạch điện công nghiệp và tự mình lắp đặt, vận hành các hệ thống truyền động cơ bản, chuẩn bị hành trang cần thiết cho thị trường lao động.

II. Thách thức khi học điều khiển động cơ điện và đặc tính cơ

Việc học và làm chủ hệ thống truyền động điện đặt ra nhiều thách thức cho sinh viên, đặc biệt là trong việc phân tích các đặc tính cơ và trạng thái làm việc phức tạp. Đặc tính cơ, tức mối quan hệ giữa tốc độ và moment (ω-M), là yếu tố quyết định sự ổn định và hiệu quả của hệ thống. Giáo trình chỉ rõ sự khác biệt giữa đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo, cũng như khái niệm về độ cứng đặc tính cơ (β). Một đặc tính cứng (β lớn) giúp tốc độ ít thay đổi khi tải biến động, trong khi đặc tính mềm thì ngược lại. Thách thức lớn nhất nằm ở việc phải quy đổi các đại lượng cơ học như moment cản (Mc) và moment quán tính (J) về trục động cơ để có thể xây dựng phương trình chuyển động chính xác. Thêm vào đó, việc phân biệt và phân tích các trạng thái làm việc như trạng thái động cơ và các trạng thái hãm (hãm tái sinh, hãm ngược, hãm động năng) đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về quá trình biến đổi năng lượng. Những khái niệm này khá trừu tượng và cần có tài liệu học tập điện công nghiệp trực quan cùng với các bài tập thực hành điện công nghiệp để có thể nắm vững.

2.1. Phân tích sự phức tạp trong đặc tính cơ của máy sản xuất

Một trong những khó khăn chính là sự đa dạng và phức tạp của đặc tính cơ từ phía máy sản xuất. Không giống như động cơ điện có đặc tính tương đối chuẩn hóa, đặc tính cơ của tải (máy sản xuất) có thể biểu diễn dưới nhiều dạng khác nhau. Theo biểu thức tổng quát trong giáo trình, moment cản có thể là hằng số (cơ cấu nâng hạ), tỷ lệ bậc nhất với tốc độ (máy phát một chiều), tỷ lệ bậc hai (bơm, quạt gió), hoặc tỷ lệ nghịch (máy cuốn dây). Thậm chí, moment cản có thể phụ thuộc vào vị trí, đường đi hoặc thời gian. Sự phức tạp này đòi hỏi người học phải có khả năng phân tích và lựa chọn động cơ có đặc tính cơ phù hợp để đảm bảo hệ thống làm việc tối ưu và tiết kiệm năng lượng. Việc hiểu sai đặc tính tải có thể dẫn đến chọn sai động cơ, gây lãng phí hoặc hư hỏng thiết bị.

2.2. Các trạng thái làm việc và quá trình biến đổi năng lượng

Hiểu rõ các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện là một yêu cầu cơ bản nhưng không hề đơn giản. Giáo trình định nghĩa rõ các trạng thái dựa trên chiều của dòng công suất điện (Pđiện) và công suất cơ (Pcơ). Trạng thái động cơ xảy ra khi cả hai dòng công suất đều dương, điện năng được biến thành cơ năng. Tuy nhiên, các trạng thái hãm lại phức tạp hơn. Hãm tái sinh xảy ra khi cơ năng biến thành điện năng trả về lưới (Pcơ > 0, Pđiện < 0). Hãm ngược tiêu thụ cả điện năng và cơ năng để biến thành tổn thất nhiệt. Hãm động năng biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm. Việc phân biệt rạch ròi các trạng thái này trên bốn góc phần tư của đồ thị đặc tính cơ là một kỹ năng quan trọng, giúp thiết kế các giải pháp dừng máy an toàn và hiệu quả.

III. Hướng dẫn các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều

Giáo trình của Cao đẳng Cộng đồng Lào Cai khoa Điện trình bày chi tiết các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều, loại động cơ có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt. Phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập có dạng tuyến tính: ω = Uư/KΦ - RưΣ/(KΦ)² * M. Từ phương trình này, có thể thấy tốc độ (ω) có thể được điều khiển bằng ba cách chính: thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng (RưΣ), thay đổi từ thông kích từ (Φ), hoặc thay đổi điện áp phần ứng (Uư). Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Thay đổi điện trở phần ứng là phương pháp đơn giản nhất để khởi động và hãm, nhưng gây tổn hao năng lượng lớn. Thay đổi từ thông cho phép điều chỉnh tốc độ cao hơn tốc độ định mức nhưng làm giảm moment. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng sử dụng các bộ điện tử công suất là phương pháp ưu việt nhất, cho phép điều chỉnh tốc độ mượt mà, dải điều chỉnh rộng và hiệu suất cao. Các phương pháp này là kiến thức nền tảng trong tự động hóa công nghiệp.

3.1. Kỹ thuật khởi động và hãm động cơ một chiều hiệu quả

Khởi động trực tiếp động cơ một chiều gây ra dòng điện mở máy rất lớn, có thể gấp 10-20 lần dòng định mức, ảnh hưởng xấu đến lưới điện và cơ khí. Giáo trình đưa ra hai giải pháp chính để hạn chế dòng khởi động. Phổ biến nhất là mắc nối tiếp các cấp điện trở phụ vào mạch phần ứng và loại bỏ dần trong quá trình động cơ tăng tốc. Giải pháp hiện đại hơn là khởi động bằng cách tăng dần điện áp phần ứng, sử dụng bộ biến đổi bán dẫn. Về kỹ thuật hãm, giáo trình phân tích ba trạng thái: hãm tái sinh (khi tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng), hãm ngược (đảo chiều điện áp phần ứng) và hãm động năng (cắt phần ứng khỏi nguồn và nối vào điện trở hãm). Việc lựa chọn phương pháp hãm phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ, như cần dừng nhanh hay thu hồi năng lượng.

3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi thông số nguồn và mạch

Điều chỉnh tốc độ là chức năng quan trọng nhất của hệ truyền động. Giáo trình tập trung vào hai phương pháp chính cho động cơ một chiều. Phương pháp thứ nhất là thay đổi điện trở mạch phần ứng. Việc thêm điện trở phụ (Rf) sẽ làm tăng độ dốc của đặc tính cơ, khiến tốc độ giảm ở cùng một mức tải. Phương pháp này đơn giản nhưng hiệu suất thấp. Phương pháp thứ hai, hiệu quả hơn, là thay đổi điện áp cấp cho phần ứng. Bằng cách sử dụng các bộ chỉnh lưu điều khiển dùng thyristor hoặc các bộ băm xung DC (chopper), điện áp ra có thể được điều chỉnh một cách trơn tru, từ đó tạo ra một họ đặc tính cơ song song nhau. Kỹ thuật này không chỉ cho dải điều chỉnh tốc độ rộng mà còn giữ được độ cứng đặc tính cơ, đảm bảo tốc độ ổn định khi tải thay đổi, là nền tảng của nhiều ứng dụng điều khiển động cơ điện hiện đại.

IV. Bí quyết làm chủ động cơ không đồng bộ ba pha trong công nghiệp

Giáo trình cung cấp kiến thức toàn diện để làm chủ động cơ không đồng bộ ba pha, loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp nhờ cấu tạo đơn giản, bền bỉ và giá thành hợp lý. Thách thức chính khi sử dụng loại động cơ này là vấn đề khởi động và điều chỉnh tốc độ. Dòng khởi động của động cơ không đồng bộ có thể cao gấp 5-7 lần dòng định mức, gây sụt áp lưới. Giáo trình giới thiệu các phương pháp khởi động kinh điển như dùng điện trở phụ mạch rôto (đối với động cơ rôto dây quấn), giảm điện áp stato qua cuộn kháng hoặc biến áp tự ngẫu. Đặc biệt, giáo trình nhấn mạnh các giải pháp hiện đại như sử dụng bộ khởi động mềm để giảm dòng khởi động và biến tần và ứng dụng của nó để điều khiển tốc độ. Biến tần là thiết bị cho phép thay đổi cả điện áp và tần số cấp vào động cơ, cung cấp khả năng điều khiển moment và tốc độ một cách linh hoạt, đáp ứng những yêu cầu khắt khe nhất của các dây chuyền sản xuất tự động.

4.1. Ứng dụng biến tần và khởi động mềm để tối ưu vận hành

Công nghệ bán dẫn đã cách mạng hóa việc điều khiển động cơ không đồng bộ. Bộ khởi động mềm (soft starter) là thiết bị điện tử công suất giúp tăng dần điện áp đặt vào stato trong quá trình khởi động, từ đó giới hạn dòng khởi động và loại bỏ các cú sốc cơ khí. Đây là giải pháp tối ưu cho các ứng dụng tải nặng như bơm, quạt, băng tải. Cao cấp hơn, biến tần (VFD - Variable Frequency Drive) không chỉ giải quyết vấn đề khởi động mà còn cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ một cách vô cấp bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp. Việc sử dụng biến tần mang lại nhiều lợi ích vượt trội: tiết kiệm năng lượng đáng kể (đặc biệt với tải bơm, quạt), cải thiện chất lượng sản phẩm nhờ điều khiển tốc độ chính xác, và giảm hao mòn cơ khí. Biến tần và ứng dụng của nó là một phần không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp ngày nay.

4.2. Phân tích các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ

Tương tự động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ cũng có các trạng thái hãm quan trọng. Hãm tái sinh xảy ra một cách tự nhiên khi tốc độ của rôto vượt quá tốc độ đồng bộ của từ trường quay (ví dụ khi cơ cấu nâng hạ tải). Khi đó, động cơ hoạt động như một máy phát, trả năng lượng về lưới. Hãm ngược được thực hiện bằng cách đảo thứ tự hai trong ba pha nguồn cấp, tạo ra một moment hãm rất lớn nhưng cũng gây sốc và tiêu thụ nhiều năng lượng. Hãm động năng là phương pháp cắt động cơ khỏi nguồn xoay chiều và cấp nguồn một chiều vào cuộn dây stato. Từ trường đứng yên tạo ra sẽ hãm rôto đang quay. Hiểu rõ ưu nhược điểm của từng phương pháp hãm giúp kỹ sư lựa chọn giải pháp dừng máy phù hợp, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống.

V. Phương pháp thực hành điện công nghiệp và tích hợp hệ thống

Lý thuyết chỉ là nền tảng, kỹ năng thực tiễn mới là yếu tố quyết định năng lực của một kỹ sư. Giáo án nghề điện công nghiệp tại trường Cao đẳng Cộng đồng Lào Cai đặc biệt chú trọng đến phần thực hành điện công nghiệp. Sinh viên không chỉ học trên sách vở mà còn được trực tiếp làm việc với các thiết bị thực tế. Quá trình thực hành bắt đầu từ những việc cơ bản nhất như đọc và vẽ sơ đồ mạch điện công nghiệp, nhận dạng các khí cụ điện như contactor, rơle, aptomat. Sau đó, sinh viên sẽ tự tay lắp ráp các mạch khởi động động cơ kinh điển như mạch khởi động trực tiếp, mạch sao-tam giác, mạch đảo chiều quay. Bước tiếp theo là làm quen và cấu hình các thiết bị hiện đại như biến tần, khởi động mềm. Đỉnh cao của quá trình thực hành là việc tích hợp các hệ thống truyền động này với bộ điều khiển logic khả trình (PLC), tạo ra các dây chuyền tự động hoàn chỉnh, mô phỏng chính xác môi trường làm việc trong các nhà máy, xí nghiệp hiện đại.

5.1. Xây dựng sơ đồ mạch điện công nghiệp cho hệ truyền động

Kỹ năng đọc và xây dựng sơ đồ mạch điện công nghiệp là kỹ năng sống còn của người làm nghề điện. Sơ đồ mạch là ngôn ngữ giao tiếp kỹ thuật, mô tả chi tiết cách các phần tử trong hệ thống được kết nối với nhau. Giáo trình hướng dẫn sinh viên cách xây dựng hai loại sơ đồ chính: sơ đồ nguyên lý (mạch động lực và mạch điều khiển) và sơ đồ lắp ráp. Sinh viên sẽ học cách bố trí các khí cụ điện một cách logic, đi dây khoa học và đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn điện. Việc tự tay thiết kế và lắp ráp các mạch điều khiển từ đơn giản đến phức tạp giúp củng cố kiến thức lý thuyết, rèn luyện tư duy logic và tạo sự tự tin khi xử lý các sự cố thực tế. Đây là bước đệm không thể thiếu trước khi tiếp cận các hệ thống điều khiển lập trình.

5.2. Tích hợp PLC trong truyền động điện để tự động hóa

Trong kỷ nguyên Công nghiệp 4.0, việc tích hợp PLC trong truyền động điện là một xu hướng tất yếu. PLC (Programmable Logic Controller) là bộ não của hầu hết các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Thay vì sử dụng các rơle và contactor để tạo ra logic điều khiển phức tạp, người ta lập trình logic đó vào PLC. Giáo trình cung cấp các kiến thức cơ bản về PLC, cách lập trình và kết nối PLC với các thiết bị truyền động như biến tần và động cơ. Sinh viên sẽ được thực hành các bài toán tự động hóa điển hình như điều khiển băng tải, hệ thống bơm luân phiên, điều khiển tuần tự. Việc kết hợp PLC với biến tần cho phép tạo ra các hệ thống điều khiển thông minh, linh hoạt, dễ dàng thay đổi và giám sát từ xa, nâng cao đáng kể năng suất và hiệu quả sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Bài 1- CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1. Các đại lượng đặc trưng cho các phần tử cơ học 2 1.1 Quy đổi mô men cản Mc và lực cản Fc về trục động cơ + Quan niệm về sự tính đổi như việc dời điểm đặt từ trục này về trục khác của mômen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ truyền lực. Thường quy đổi mômen cản Mc, (hay lực cản Fc) của bộ phận làm việc về trục động cơ. Hình 1-2- Mô men tang trống (trống tời TT) Mt , qua hộp giảm tốc (Bộ truyền lực TL) có tỷ số truyền là i + Giả sử tính toán và thiết kế người ta cho giá trị của mô men tang trống (trống tời TT) Mt , qua hộp giảm tốc (Bộ truyền lực TL) có tỷ số truyền là i và hiệu suất là ỗi.

Mô men này sẽ tác tác động lên trục động cơ có giá trị Mcqd gọi là mô men quy đổi. - Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của hệ TĐĐTĐ: M t t Pdc  M cqd .i Trong đó : ựt - tốc độ góc của tang trống ự - tốc độ góc quy đổi trên trục động cơ. d i t ựd – tốc độ góc trên trục động cơ Nếu là tải trọng G sinh ra lực Fc có vận tốc chuyển động là v nó xẽ tác động lên trục động cơ một mô men Mcqd Fc . Trong đó: ủ = ựd /Vgọi là tỷ số quy đổi.ỗt - hiệu suất hệ truyền lực gồm bộ truyền lực và tang trống. ỗt - hiệu suất của tang trống.1 Quy đổi mô men quán tính về trục động cơ Các cặp bánh răng có moment quán tính J1,J2.Jk, mô men quán tính Jt, khối lượng quán tính m và mômen quán tính động cơ Jd đều có ảnh hưởng đến tính chất động học của hệ truyền động.

Nếu xét điểm khảo sát là đầu trục động cơ và quán tính chung của hệ truyền động tại điểm này gọi là Jqd (mô men quán tính quy đổi). lúc đó phương trình động năng của hệ là  d2 2 2 J  2 J  2 mV 2 J qd.  J k k )m t t  2 J qd2  J d   2 ( k )  t 2 2 2 2 2 2 1 ik it  Trong đó: ik = ự /ựk - tỉ số truyền từ trục thứ i. it = ự /ựt - tỉ số truyền từ trục tang trống Jqd - mômen quán tính quy đổi về trục động cơ.3 Đặc tính cơ của động cơ điện và máy sản xuất 1.1 Đặc tính cơ của động cơ điện Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và moment của động cơ.

Ta có đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, nếu như động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức và không nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ). Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có thể làm việc định mức có giá trị Mđm, đm. Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các tham số nguồn hoặc thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ. Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ  và được tính.

ΔM β= (1-1) Δω  lớn ta có đặc tính cơ cứng,  nhỏ đặc tính cơ mềm,  đặc tính cơ tuyệt đối cứng. Truyền động có đặc tính cơ cứng tốc độ thay đổi rất ít khi moment biến đổi lớn. Truyền động cơ có đặc tính cơ mềm tốc độ giảm nhiều khi moment tăng (xem H.1-3)  3 4 2 1 M Hình 1-3 Độ cứng đặc tính cơ 1- Đặc tính cơ mền 2- Đặc tính cơ cứng 3- Đặc tính cơ tuyệt đối cứng 1.2 Đặc tính cơ của máy sản xuất Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng. Tuy vậy phần lớn nó được biểu diễn dưới dạng biểu thức tổng quát: ω α M C = M C 0 + ( M ® m - M C0 )( ) (1-2) ω® m Trong đó: M∞ – Moment ứng với tốc độ  = 0 Mđm – Moment ứng với tốc độ định mức đm MC – Moment ứng với tốc độ  Ta có các trường hợp: - ỏ = 0, MC = Mđm = const, các cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt thuộc loại này (đường 1, H.

- ỏ = 1, moment tỉ lệ bậc nhất với tốc độ, thực tế rất ít gặp, về loại này có thể lấy ví dụ cho máy phát một chiều tải thuần trở (đường 2, H. - ỏ = 2, moment tỉ lệ bậc hai với tốc độ, là đặc tính của các máy bơm, quạt gió (đường 3, H.1-4a) - ỏ = -1, moment tỉ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu máy cuốn dây, cuốn giấy, các truyền động quay trục trính máy cắt gọt kim loại có đặc tính thuộc loại này (đường 4, H. Ngoài ra một số cơ cấu của các máy có đặc tính khác, ví dụ: - Moment phụ thuộc vào góc quay MC = f() hoặc moment phụ thuộc vào đường đi MC = f(S), trong thực tế các máy công tác có pittông, các máy trục không có cáp cân bằng có đặc tính thuộc loại này. - Moment phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi MC = f(,S) như các loại xe điện.

- Moment cản phụ thuộc vào thời gian MC = f(t), ví dụ như máy nghiền đá, quặng.1-4b và c biểu diễn đặc tính của moment cản phản kháng và moment cản thế năng. - Moment cản thế năng (như trong các cơ cấu nâng hạ tải trọng), có đặc tính MC = const và không phụ thuộc vào chiều quay (H. - Moment cản phản kháng luôn luôn chống lại chiều quay như moment ma sát, moment của cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại v.(hình 1-4c) 5  2 1 3  đm 4 M MC0 M Hình 1-4a Hình 1-4a   Mc Mc Mc M M Mc 2 1 Hình 1-4b Hình 1-4c 1.4 Các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện - cơ. Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của truyền động điện.

Ta định nghĩa: Dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ Pcơ = M. cấp cho máy sản xuất. Công suất cơ này có giá trị dương nếu như moment động cơ sinh ra có cùng chiều với tốc độ quay. Ngược lại, công suất điện có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và moment động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay. Moment của máy sản xuất được gọi là moment phụ tải hay moment cản.

Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu của moment động cơ. 6 Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động là: Pđ = PC + P Trong đó: Pđ - công suất điện PC - công suất cơ P – tổn hao công suất Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của động cơ gồm: trạng thái động cơ và trạng thái hãm, (xem bảng 1-1) - Trạng thái động cơ bao gồm chế độ có tải và không tải - Trạng thái hãm gồm hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng. Hãm tái sinh Pđiện < 0, Pcơ > 0 cơ năng biến thành điện năng trả về lưới Hãm ngược Pđiện > 0, Pcơ < 0 điện năng và cơ năng chuyển thành tổn thất P Hãm động năng Pđiện = 0, P cơ < 0 cơ năng biến thành công suất tổn thất P Biểu đồ công Pđiện Pcơ P Trạng thái làm suất việc Pđ 1 0 =0 = Pđiện - Động cơ không P tải Pđ 2 Pc 0 0 = Pđ - Pc - Có tải P 3 Pc =0 <0 =  Pcơ  Hãm không tải P Pđ 4 Pc <0 >0 = Pc – Pđ  - Hãm tái sinh P Pđ Pc 7 P 5 =0 <0 = Pc + Pđ  - Hãm ngược 6 Pc =0 <0 =  Pcơ  - Hãm động P năng Bảng 1-1 Trạng thái hãm và trạng thái động cơ được phân bố trên đặc tính cơ (M) ở góc phần tư thứ I, III: trạng thái động cơ, góc phần tư thứ II, IV: trạng thái hãm (xem H.1-4)  I Trạng thái động I Trạng thái hãm cơ Mđ Mđ PC = Mđ. < 0  MC  MC M Mđ Mđ PC = Mđ. < 0  MC III Trạng thái động I Trạng thái hãm cơ V Hình 1-4: Trạng thái làm việc của truyền động điện trên các góc phần tư đặc tính cơ. Bài 2: Các đặc tính và trạng thái làm việc của động cơ điện 2.

Đặc tính cơ của động cơ một chiều, các trạng thái khởi động và hãm 8 2.Đặc tính cơ, trạng thái khởi động và hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập và song song 2.1 Phương trình đặc tính cơ - Phương trình cân bằng điện áp: KT RKT Uư = Eư + Iư.Rư (1) Trong đó: Uư - điện áp đặt vào mạch phần ứng (V) RP Eư - sức điện động phần ứng (V) Ư Rư = rư + rcf + rb + rct + Rf rư - điện trở cuộn dây phần ứng hình 2-1a - Động cơ DC rcf - điện trở cuộn cực từ phụ kích từ độc lập rb - điện trở cuộn bù rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện Rf - điện trở phụ trong mạch phần ứng () KT RKT Np Mặt khác: Eư = .n (3) 2 n n Và:  = = 60 9,55 Np Vì vậy: Eư = .n 60a Np KE = hệ số sức điện động của động cơ 60a K KE =  0,105K 9,55 U R Từ (1) và (2) ta có:  = ­ - ­ Σ I ­ (rad/s) (4) KΦ K Φ Biểu thức (4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ, mặt khác mô men điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi: Mđt = K.Iư (5) 9 M ®t  Iư = KΦ Thay giá trị Iư vào (4) ta được: U­ R = - ­ Σ 2 M ®t (6) KΦ ( KΦ) Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men cơ trên trục động cơ bằng mô men điện từ, ta ký hiệu M.