CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1. Các hệ truyền động động cơ điện một chiều + Hệ thống truyền động máy phát-động cơ (F-Đ) Hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha kéo quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi.1: Sơ đồ hệ thống F - Đ đơn giản Trong đó: Đ: Là động cơ điện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải điều chỉnh tốc độ. F: Là máy phát điện một chiều, đóng vai trò là BBĐ, cấp điện cho động cơ Đ.
ĐK: Động cơ KĐB 3 pha kéo máy phát F, K có thể thay thế bằng một nguồn năng lượng khác. K: Máy phát tự kích, để cấp nguồn điện cho các cuộn kích từ CKF và CKĐ. Đối với hệ thống F - Đ ta có thể điều chỉnh tốc độ theo hai hướng như sau: + Để cho nĐ < ncb: Điều chỉnh biến trở RKF của máy phát tăng để giảm dòng điện qua cuộn kích từ CKF thay đổi, do đó từ thông kích từ φ F của máy phát thay đổi (giảm), làm cho UF giảm, tốc độ động cơ giảm xuống đạt nĐ < ncb. Như vậy, bằng cách điều chỉnh biến trở R KF, ta điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ Đ trong khi giữ từ thông không đổi::φ Đ =φ đm + Đảo chiều: Cặp tiếp điểm T đóng hoặc N đóng, dòng điện kích từ máy phát ICKF đảo chiều, do đó đảo chiều từ thông φ F, do đó UF đảo dấu, dẫn đến động cơ Đ đảo chiều.
Khi thực hiện hãm thì động cơ Đ sẽ qua 2 giai đoạn hãm tái sinh: 3 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 + Tăng ∅ Đ về định mức. + Giảm điện áp phần ứng động cơ về 0. Hệ thống máy phát động cơ F - Đ với các phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ) + Nhược điểm của hệ F - Đ đơn giản trên là: Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên Khi phụ tải thay đổi làm tốc độ động cơ thay đổi, không có khả năng ổn định tốc độ. Điều đó không đáp ứng được yêu cầu ổn định tốc độ của hệ.
Nên phải đưa các khâu phản hồi để ổn định tốc độ động cơ của hệ thống được duy trì không đổi. Thay vì sử dụng máy phát kích thích K, người ta đưa vào hệ thống máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ). Đó là máy điện một chiều đặc biệt có 2 cặp chổi than, trong đó có một cặp ngang trục được nổi ngắn mạch. Nhờ vậy dòng điện chạy trong dây quấn ngang trục khá lớn tạo ra từ trường của máy lớn nên hệ số khuếch đại của máy rất lớn.
Trên máy có nhiều cuộn kích thích, trong đó có một cuộn chủ đạo (W1) được cung cấp từ nguồn một chiều độc lập có thể thay đổi được trị số. Các cuộn còn lại được nối với các khâu phản hồi. Từ trường do các cuộn phản hồi cùng chiều hoặc ngược chiều với từ trường chính là do tính chất của phản hồi. + Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc.
Roto của FT được nối đồng trục với rotor động cơ. Điện áp phát ra của FT tỉ lệ bậc nhất với tốc độ của động cơ. Ta có: F2 = I2W2 EFT = Ke∅ FTnFT = Ke∅ FTn UFH = .ω dc với là hệ số phản hồi âm tốc độ Hệ thống này có khả năng ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi nhờ khâu phản hồi âm tốc độ: Khi động cơ đang làm việc với phụ tải M c và tốc độ đạt yêu cầu nyc. Vì lý do nào đó, mômen phụ tải đặt lên trục động cơ thay đổi khác n yc thì nhờ quá trình phản hồi âm tốc độ hệ thống sẽ tự động ổn định tốc độ đạt nyc.
4 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 Hình 1.2: Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ Quá trình tự động này được giải thích như sau: Giả sử khi M c tăng sẽ làm cho nĐ giảm < nyc. Mà khi n giảm nên EFT giảm do đó I2 giảm→ F2 giảm nên F = F1 - F2 tăng dẫn đến EKĐMĐ tăng nên UĐ tăng do đó n tăng đạt đến n yc. Và khi Mc giảm thì quá trình sẽ tự động xảy ra theo chiều ngược lại để tốc độ động cơ đạt nyc. Phương trình cân bằng sức từ động: F = F1 - F2 Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định được tốc độ của hệ truyền động vừa tự động điều chỉnh gia tốc của hệ khi khởi động.
Có thể tiến hành điều chỉnh ở vùng tốc độ rất thấp do đó mở rộng được phạm vi điều chỉnh. Chất lượng điều chỉnh cũng như ổn định tốc độ rất tốt. + Hệ thống F- Đ với âm dòng có ngắt Khi thực hiện các phản hồi trong hệ F - Đ, tốc độ động cơ được duy trì không đổi theo tốc độ đặt cho trước. Khi xảy ra quá tải, động cơ có thể bị cháy.
Việc sử dụng các thiết bị bảo vệ có thể gây phức tạp cho quá trình vận hành. Do đó người ta đưa vào hệ thống khâu phản hồi âm dòng có ngắt. + Phản hồi được thực hiện qua điện trở R và khâu so sánh gồm U ss, Rss và van D. + Khi Iư bé hơn trị số cho phép thì Uph < Uss do đó van D khóa nên F2 = 0.
+ Khi Iư lớn hơn Icp dẫn đế Uph > Uss do đó van D mở nên F2 ≠ 0 → F = F1 - F2 giảm xuống làm giảm s.đ của MĐKĐ, dẫn đến kích thích máy phát giảm, động cơ giảm tốc độ nên động cơ được bảo vệ. 5 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 Hình 1.3: Hệ thống F - Đ với phản hồi âm dòng có ngắt Đánh giá hệ thống F- Đ -Ưu điểm: + Trong mạch lực của hệ thống không có phần tử phi tuyến nên hệ thống có những đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển đổi các chế độ làm việc. + Khi phối hợp cả điều chỉnh tốc độ 2 vùng: Điều chỉnh kích thích máy phát và điều chỉnh kích thích động cơ, đảo chiều quay bằng đảo chiều quay bằng cách đảo chiều kích thích máy phát. Động cơ sẽ có các chế độ làm việc như sau: + Hãm động năng khi kích thích máy phát bằng không + Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ + Hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với tải có tính thế năng (khi hạ tải trọng) →Như vậy hệ thống F - Đ có đặc tính điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ.
+ Ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng quá tải lớn, sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt. + Do các phần tử trong hệ thống là tuyến tính nên quá trình quá độ của hệ thống rất tốt. + Có khả năng giữ cho đặc tính có độ cứng cao và không đổi trong suốt giải điều chỉnh + Hệ số cosφ khá cao. -Nhược điểm 6 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 + Nhược điểm cơ bản của hệ thống F - Đ là sử dụng nhiều máy điện quay do đó chiếm diện tích không gian lớn, gây tiếng ồn lớn trong quá trình làm việc.
Máy phát điện một chiều có từ dư lớn nên điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp và rất thấp rất khó khăn. + Hệ thống F - Đ rất thích hợp với các truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, phụ tải biến động trong phạm vi rộng, quá trình quá độ chiếm phần lớn thời gian làm việc của hệ thống (thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều.) + Hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ) Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ động lập. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảm động cơ thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thyristor. * Sơ đồ hệ thống BBÐ Ð FT 3 pha BFX Hình 1.4: Hệ truyền động T - Đ * Hoạt động của hệ thống: Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1 chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ.
Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều bộ, sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu. Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R và đưa vào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi. Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống. * Đánh giá về hệ thống - Ưu điểm: + Hệ thống sử dụng các phần tử bán dẫn nên có độ tác động nhanh nhạy, hệ số khuếch đại lớn, khả năng điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh rộng D = (100 ÷ 1000).
+ Hệ thống làm việc khá ổn định, không gây ồn ào, gọn nhẹ nên có thể giảm kích thước hình học của máy. 7 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 + Vì hệ thống chủ yếu chỉ sử dụng các linh kiện điện tử nên tiêu tốn công suất riêng rất nhỏ, giá thành hệ thống thấp. - Nhược điểm: + Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế. + Hệ số cosφ nói chung của hệ thống thấp (0,6÷ 0,65).
+ Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổn hao phụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới. + Mạch điều khiển phức tạp. + Hệ truyền động Xung áp – Động cơ (XA-Đ) - Hệ tuyền động xung áp động cơ (XA-Đ) sử dụng bộ biến đổi để điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều.5: Hệ truyền động XA – Đ * Hoạt động của hệ thống: - Dựa vào sơ đồ nguyên lý trên với sự xất hiện của dòng điện phần ứng có thể đảo chiều, nhưng xuất điện động phần ứng chỉ có chiều dương. Khi khóa S1 và van D1 vận hành, với dòng điện phần ứng luôn dương, máy điện làm việc ở chế độ động cơ.
Để đảo chiều dòng điện chảy ngược lại chiều ban đầu do trong mạch chỉ có chiều duy nhất là suất điện động E. - Với công suất động cơ được tính dựa vào điển cảm L.