Tài liệu Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ppt

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Đ 3.4. các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
Không đồng bộ bằng thay đổi thông số:
3.4.1. Vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK:
Động cơ ĐK, đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm nổi
bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu t ít, giá
thành hạ, trọng lợng, kích thớc nhỏ hơn khi dùng công suất định
mức so với động cơ một chiều.
Sử dụng trực tiếp lới điện xoay chiều 3 pha
Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình
quá độ khó khăn hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi
động xấu, (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ).
Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán
dẫn công suất và kỹ thuật điện tin học, động cơ ĐK mới đợc khai
thác các u điểm của chúng. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh
có hiệu quả so với hệ Tiristor - Động cơ điện một chiều.
Qua phơng trình đặc tính cơ của động cơ ĐK:

th
th
th
thth
as2
s
s
s
s
)asI(M2
M
++
+

= (3-13)
Trong đó:
2
nm
2
1
'
2
th
XR
R
s
+
=

(3-14)
Và:
(
)
2
nm
2
11o
2
f1
th
XRR.2
U.3
M
+

= (3-15)
2
nm
2
1
'
2
th
XR
R
s
+
=

(3-16)
Trang 104
Qua biểu thức (3-13), (3-14), (3-15), (3-16) ta thấy rằng khi
thay đổi các thông số điện trở, điện kháng, điện áp, tần số, số đôi cực
thì sẽ thay đổi đợc s
th
, M
th
và sẽ điều chỉnh đợc tốc độ của động cơ
ĐK.
3.4.2. Điều chỉnh tộc độ động cơ ĐK bằng cách
thay đổi điện trở phụ mạch rôto (R
2f
):
Qua các biểu thức (3-14), (3-15), khi thay đổi điện trở phụ trong
mạch rôto động cơ ĐK sẽ làm cho s

th
thay đổi tỷ lệ còn M
th
thì không
thay đổi, vì vậy sẽ thay đổi đợc tốc độ của động cơ ĐK nh trên
hình 3-6:













* Nguyên lý điều chỉnh: khi thay đổi R
2f
với các giá trị khác
nhau, thì s
th
sẽ thay đổi tỷ lệ, con` M
th
= const, ta sẽ đợc một họ đặc
tính cơ có chung
o
, M

th
, có tốc độ khác nhau và có các tốc độ làm
việc xác lập tơng ứng.
Qua hình 3-6, ta có: M
th
= const
~


0


TN
TN
S
th.TN

1

ĐK
R
2f1

2

S
th.1
R
2f2
R

2f.ic
R
2f
S
th.2
0 M
nm
M
c
M
th
M
a)
b)
H
ình 3-6: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ.
b) Các đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Trang 105
Và: 0 < R
2f1
< R
2f2
< < R
2f.ic
<
S
thTN
< s
th1

< s
th2
< < s
th.ic
<

TN
<
1
<
2
< <
ic
<

TN
>
1
>
2
> >
ic
>
Nh vậy, khi cho R
2f
càng lớn để điều chỉnh tốc độ càng nhỏ, thì
độ cứng đặc tính cơ càng dốc, sai số tĩnh càng lớn, tốc độ làm việc
càng kém ổn định, thậm chí khi R
2f
= R

2f.ic
, dẫn đến M
n
= M
c
cho động
cơ không quay đợc ( = 0).
Và khi thay đổi các giá trị R
2f.i
> R
2f.ic
thì tốc độ động cơ vẫn
bằng không ( = 0), nghĩa là không điều chỉnh đợc tốc độ, hay còn
gọi là điều chỉnh không triệt để.
* Các chỉ tiêu chất lợng của phơng pháp:
Phơng pháp này có sai số tĩnh lớn, nhất là khi điều chỉnh càng
sâu thì s% càng lớn, có thể s% > s%
cp
.
Phạm vi điều chỉnh hẹp (thờng D = 2
ữ
3).
Độ tinh khi điều chỉnh: 1 (điều chỉnh có cấp).
Vùng điều chỉnh dới tốc độ định mức ( <
đm
).
Phù hợp với phụ tải thế năng, vì khi điều chỉnh mà giữ dòng
điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi (M ~ M
c
).

* Ưu: Phơng pháp thay đổi điện trở phụ mạch rôto để điều
chỉnh tốc độ động cơ ĐK nh trên có u điểm là đơn giản, rẻ tiền, dễ
điều chỉnh tốc độ động cơ. Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho các phụ
tảI dạng thế năng (M
c
= const).
* Nhợc điểm: Tuy nhiên, phơng pháp này cũng có nhợc
điểm là điều chỉnh không triệt để; khi điều chỉnh càng sâu thì sai số
tĩnh càng lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch rôto,
dòng rôto lớn nên phải thay đổi từng cấp điện trở phụ, công suất điều
chỉnh lớn, tổn hao năng lợng trong quá trình điều chỉnh lớn.
Trang 106
Mặc dù vậy, phơng pháp này thờng đợc áp dụng cho điều
chỉnh tốc độ các động cơ ĐK truyền động cho các máy nâng - vận
chuyển có yêu cầu điều chỉnh tốc độ không cao. Muốn nâng cao các
chỉ tiêu chất lợng thì dùng phơng pháp xung điện trở .
3.4.3. Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato (u
s
):
Mômen động cơ ĐK tỉ lệ với bình phơng điện áp stato, nên có
thể điều chỉnh mômen và tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện
áp stato và giữ tần số không đổi nhờ bộ biến đổi điện áp xoay chiều
(ĐAXC) nh hình 3-7:

Nếu coi bộ ĐAXC là nguồn lí tởng (Z
b
= 0), khi u
b
u
đm
thì
mômen tới hạn M
th.u
tỉ lệ với bình phơng điện áp, còn s
th.u
= const:






==
=

=
constss
u.M
u
u
MM
gh.thth.u
2*
bth
2
1
b
gh.thu.th
(3-17)

S
th.TN

0

S
th.gh
TN, u
đm
, R
2f
= 0

u
b1
< u
đm
M
c
()
0 M
th2
M
th1
M
th
M
b)
H
ình 3-7: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ đ/c ĐK bằng u
stato
.
b) Các đặc tính điều chỉnh bằng u
stato
đ/c ĐK

TN
R
2f
a)
U
đk
~

đ/tGH, u
đm
, R
2f
0
ĐAXC

2

f
1
, u
b
u
b2
< u
b1
ĐK
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Trang 107
Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát
nóng của động cơ, ngời ta mắc thêm điện trở R
2f
(hình 3-7). Khi đó,
nếu điện áp đặt vào stato là định mức (u
b
= u
1
) thì ta đợc đặc tính
mềm hơn đặc tính tự nhiên, gọi là đặc tính giới hạn.

Rõ ràng là:
2
f22
thgh.th
R
RR
ss
+
=
; M
th.gh
= M
th
(3-18)
Trong đó: M
th.gh
, s
th.gh
là mômen và hệ số trợt tới hạn của đặc
tính giới hạn (đ/tGH).
M
th
, s
th
là mômen và hệ số trợt tới hạn của đặc tính tự nhiên.
Dựa vào đặc tính giới hạn M
gh
(s), và nếu = const, ta suy ra đặc
tính điều chỉnh ứng với giá trị u
b

cho trớc nhờ quan hệ:

gh
u
*
u
2*
b
*
u
M
M
M ;uM ==
(3-19)
Đặc tính điều chỉnh trong trờng hợp này nh hình 3-7b.
Phơng pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động
mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ nh: máy bơm, quạt gió, Có
thể dùng máy biến áp tự ngẫu, điện kháng, hoặc bộ biến đổi bán dẫn
làm bộ ĐAXC cho động cơ ĐK.
3.4.4. Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi số đôi cực (p):
Theo quan hệ:

p
)s1(pf2
)s1(
1
0

== (3-20)
Trong đó: f

1
là tần số lới điện, p là số đôi cực.
Vậy, thay đổi số đôi cực p, sẽ điều chỉnh đợc
o
và sẽ điều
chỉnh đợc . Để có thể thay đổi đợc số đôi cực p, ngời ta phải chế
tạo những động cơ ĐK đặc biệt, có các tổ dây quấn stato khác nhau để
tạo ra đợc p khác nhau, gọi là máy đa tốc.
Trang 108
Ví dụ ta có một tổ nối dây stato (1 pha) gồm 2 đoạn, mỗi đoạn
là một phần tử nh hình 3-8. Nếu ta đấu nối tiếp 2 đoạn đó thuận cực
nhau (đánh dấu * trên hình vẽ), thì do đờng sức từ phân bố trên nh
trên hình 3-8a, nên số cực sẽ là 4 và p = 2.









Nh vậy, bằng cách đổi nối đơn giản các tổ dây quấn, ta đã điều
chỉnh đợc tốc độ: từ

o
ở sơ đồ 3-8a thành lên 2
o
nh ở sơ đồ 3-8b,
c; và điều chỉnh đợc tốc độ của động cơ ĐK.

Thực tế, các động cơ ĐK đa tốc độ thờng gặp là đổi nối theo
hai cách: hình sao

sao kép (Y

) và tam giác sao kép (
). Sơ đồ đổi nối đớc giới thiệu trên hình 3-9:







+ + + +
* *
N/2 S N S N/2
* *
~
a) p = 2;
0
H
ình 3-8: Thay đổi số đôi cực bằng đổi nối tổ dây quấn
* *
~
b) p = 1; 2
0
* *
~
c) p = 1; 2

0
+ +
+
S N
* *
+
+ +
+
S N
+
* *
*
x
1
, r
1
*
*
x
1
, r
1
*
x
1
, r
1
a) Sao đơn
c) Sao kép
H

ình 3-9: Đổi nối dây quấn stato động cơ ĐK
b) Tam giác
x
1
, r
1
*
x
1
, r
1
*
x
1
, r
1
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Trang 109
Khi nối hoặc Y, hai đoạn dây quấn mỗi pha đợc đấu nối tiếp
thuận cực giống nh trên hình 3-9a, nên ta giả thiết khi đó p = 2 và
tơng ứng tốc độ đồng bộ là
o
. Khi đổi nối thành , các đoạn dây
sẽ nối song song ngợc cực giống nh hình 3-9c, nên p = 1, tốc độ
đồng bộ tăng gấp đôi (
o
= 2
o
).
Để dựng các đặc tính điều chỉnh, ta cần xác định cá trị số M

th
, s
th

và
o
cho từng cách nối dây.
Đối với trờng hợp ta có các quan hệ khi nối , hai
đoạn dây stato đấu nối tiếp, nên:




===
==
nmnm2222
1111
x2X ;x2X ;r2R
x2X ;r2R
(3-21)
Trong đó: r
1
, r
2
, x
1
, x
2
là điện trở và điện kháng mỗi đoạn dây
stato và rôto.

Điện áp trên dây quấn mỗi pha là
1f
U.3U =

. Do đó:
2
nm
2
1
'
2
2'
21
2
1
'
2
.th
xr
r
)XX(R
R
s
+
=
++
=

(3-22)
[][]
2
nm
2
11o
2
1
2
nm
2
11o
2
1
.th
xrr4
U9
XRR2
)U.3(3
M
++
=
+
=


(3-23)
Nếu đổi thành thì:
2 22 21 11 1
x

2
1
X ;r
2
1
R ;x
2
1
X ;r
2
1
R ====
(3-24)
Còn điện áp trên dây quấn mỗi pha là: U
f
= U
1
. Vì vậy:
2
nm
2
1
'
2
2'
2 1
2
1
'
2

.th
xr
r
)XX(R
R
s
+
=
++
= (3-25)
Trang 110
[][]
2
nm
2
11o
2
1
2
nm
2
1 1 o
2
1
.th
xrr4
U9
XRR2
)U.3(3
M

++
=
+
=
(3-26)
So sánh (3-62) với (3-59) ta thấy:

3
2
M
M
th.
th
=

(3-27)
Nh vậy, khi đổi nối , tốc độ không tải lý tởng tăng
lên 2 lần (

o
=
o

), độ trợt tới hạn không đổi (giá trị tơng đối),
còn mômen tới hạn giảm mất 1/3 lần. Đặc tính điều chỉnh có dạng nh
trên hình 3-10a.

Đối với trờng hợp đổi nối ta cũng suy luận tơng tự.
Khi nối Y, các đoạn dây đấu nối tiếp và U
Y
1Y
= U
1
, nên:

[]







+
=
+
=
2
nm
2
11o
2

1
thY
2
nm
2
1
'
2
th.
xrr4
U3
M
xr
r
s
(3-28)
Trang 111
H
ình 3-10: Các đặc tính điều chỉnh tốc độ khi đổi nối
dây quấn stato

và Y




o


o

S
th

S
th


0 M
c.cp

M
c.cp

M
th
M
th

M

o

S
th


o
Y

S
th
Y

0 M
c.cp
M
thY
M
th

M
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
So sánh (3-28) với các biểu thức tơng ứng của sơ đồ sao kép là
(3-25) và (3-26) ta đợc:
s
thY
= s
th
;
ththY
M
2
1
M = (3-29)
Nh vậy, khi đổi nối , tốc độ không tải lý tởng và
mômen tới hạn tăng gấp đôi, còn hệ số trợt tới hạn vẫn giữ nguyên
giá trị tơng đối của nó (hình 3-10b).
Y

Để xác định phụ tải cho phép khi điều chỉnh tốc độ, xuất phát từ
giá trị công suất rồi suy ra mômen. Từ biểu thức của công suất, ta có:
Khi nối :


= cosIU33P
m11cp.c
(3-30)
Khi nối :

=
m11 cp.c
cosIU33P (3-31)
Do đó:
1
cos3
cos2
P
P
c.cp
cp.c



=


(3-32)
Thực tế cho phép coi P
c.cp

P
c.cp
, vì hệ số công suất và hiệu
suất khi nối cao hơn khi nối . Đó là do khi nối , điện áp đặt
lên từng đoạn dây quấn lớn hơn khi nối , nên dòng từ hóa tăng một
cách vô ích:
Từ (3-32) ta suy ra quan hệ của mômen tải cho phép:

2
1
/P
/P
M
M
o
o
ocp.c
o cp.c
c.cp
cp.c
=







(3-33)

Nh vậy, khi đổi nối , mômen phụ tải cho phép của
động cơ giảm đi hai lần, còn công suất cho phép thì đợc giữ không
đổi (P

cp
= const). Điều đó chứng tỏ phơng pháp đổi nối này phù hợp
với những máy có mômen tải tỷ lệ nghịch với tốc độ.
Trang 112
Nếu đặt: = M
th
/M
c.cp
thì từ (3-27) và (3-32) ta thấy:

3
4
M/M
M/M
cp.cth
cp.c th

=



(3-34)
Nghĩa là khi đổi nối

, khả năng quá tải của động cơ tăng
lên 4/3 lần.

Nếu các đoạn dây nối hình Y, thì:

YYm11cpY.c
cosIU3P


=
(3-35)
So sánh với trờng hợp nối [xem (3-31)] ta có:

2
cos3
cos2
P
P
YY
Yc.cp
cp.c



= (3-36)
Và:
1
/P
/P
M
M
oYcpY.c
o cp.c

Yc.cp
cp.c
=


(3-37)
Nh vậy, khi đổi nối , mômen tải cho phép của động cơ
đợc giữ không đổi, còn công suất cho phép thì tăng 2 lần. Điều đó có
nghĩa là phơng pháp đổi nối này phù hợp với những máy có mômen
tải không đổi (M
Y
c
= const).
Từ (3-37) và (3-29) ta tìm đợc quan hệ của hệ số quá tải :

2
M/M
M/M
cpY.cthY
cp.c th
Y

=


(3-38)
Nghĩa là khi đổi nối , khả năng quá tải của động cơ
tăng lên 2 lần.
Y
+ Ưu điểm của phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK

bằng cách thay đổi số đôi cực là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, các đặc tính
cơ đều cứng và khả năng điều chỉnh triệt để (điều chỉnh cả tốc độ
không tải lý tởng).

Trang 113
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Nhờ các đặc tính cơ cứng, nên độ chính xác duy trì tốc độ cao
và tổn thất trợt khi điều chỉnh thực tế không đáng kể.
+ Nhợc điểm lớn của phơng pháp này là có độ tinh kém, giải
điều chỉnh không rộng và kích thớc động cơ lớn.
3.4.5. Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi tần số (f
1
):
3.4.5.1. Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato:
Về nguyên lý, khi thay đổi tần số f
1
thì
o
= 2pf
1
/p sẽ thay đổi
và sẽ điều chỉnh đợc tốc độ động cơ ĐK. Nhng khi thay đổi f
1



f
1đm
thì có thể ảnh hởng đến chế độ làm việc của động cơ.
Giả sử mạch stato:

E
1
cf
1
(3-39)
Trong đó: E
1
là sđđ cảm ứng trong cuộn dây stato, là từ thông
móc vòng qua cuộn dây stato, c là hằng số tỉ lệ, f
1
là tần số của dòng
điện stato.
Nếu bỏ qua sự sụt áp trên tổng trở cuộn dây stato thì ta có:
U
1
E
1
cf
1
(3-40)
Qua (3-45) ta thấy: nếu thay đổi f
1
mà giữ U
1
= const thì sẽ
thay đổi theo.
+ Ví dụ: khi giảm f
1
< f
1đm

để điều chỉnh tốc độ <
đm
mà giữ
U
1
E
1
cf
1
= const thì theo (3-40), từ thông sẽ tăng lên, mạch từ
động cơ sẽ bị bảo hòa, điện kháng mạch từ giảm xuống và dòng từ hóa
sẽ tăng lên làm cho động cơ quá tải về từ, làm phát nóng động cơ,
giảm tuổi thọ của động cơ, thậm chí nếu nóng quá nhiệt độ cho phép
của động cơ thì động cơ có thể bị cháy.
+ Còn khi tăng f
1
> f
1đm
nếu giữ U
1
E
1
cf
1
= const và phụ
tải M
c
= const, mà khi làm việc, mômen M KI
2
cos = M

c
= const.
Vậy khi tăng f
1
> f
1đm
sẽ làm cho giảm, dẫn đến dòng I
2
tăng, nghĩa
là động cơ sẽ bị quá tải về dòng, nó cũng bị phát nóng làm xấu chế độ
làm việc của động cơ hoặc bị cháy.
Trang 114









3.4.5.2. Quy luật điều chỉnh điện áp stato khi thay đổi tần số:
Hình 3-12, xác định khả năng quá tải về mômen khi điều chỉnh
tần số: f
1
< f
1đm
.

Nghĩa là:

const
M
M
th
== (3-41)
Trang 115
~ u
1
, f
1đm
Vì vậ
y
, khi tha
y

đổi tần số f
1
để điều
chỉnh tốc độ thì n
g

ời
ta thờn
g
kết hợ
p
tha
y

đổi điện áp stato u
1
. Và
n
g
ời ta thờn
g
dùn
g

bộ biến đổi tần số (BT)
để điều khiển tốc độ
độn
g
cơ ĐK nh hình
3-11.
BT
f
1
, u
b
ĐK

Hình 3-11: hệ BT - ĐK


đm


U
1đm
, f
1đm

0 M
c
M
cđm
M
th
M
thđm
M

o


ođm

M
c
()
Đối với

hệ dùn
g
biến tần
n
g
uồn á
p
thờn
g

có
y
êu cầu
g
i
ữ

cho khả năn
g

q
uá tải về
mômen là
không đổi tron

g

cả
p
hạm vi điều

chỉnh tốc độ.
u
1
, f
1

H
ình 3-12: Xác định khả năng
quá tải về mômen
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato (R
1
= 0) thì từ (3-41):

2
1
2
1
nm
1
2
1
nmo
2
1
th
f
U
.K
L.

p
f2
.2
U
X.2
U
M


=

=
(3-42)
Trong đó, coi: X
nm
= L; và
o
= 2f
1
/p.
Quan hệ M
c
= f():

q
m1
1
q
m
m.cc

f
f
.AMM



















=
(3-43)
Trong đó: q = -1,0,1,2
Theo (3-41), (3-42), (3-43) ta có:

q
m.1
1

m.1
m.1
1
1
f
f
f
U
f
U








=
(3-44)
Suy ra:







+

=
2
q
1
m.1
1
m.1
1
f
f
U
U
; với q = -1, 0, 1, 2; (3-45)
Hay ở dạng tơng đối:







+
=

2
q
1
*
1
*
1
fu ; (q = -1,0,1,2) (3-46)
Nh vậy, khi thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK,
ta phải thay đổi điện áp sao cho đảm bảo điều kiện (3-41), nhng lại
phụ thuộc vào các dạng phụ tải.
3.4.5.3. Các đặc tính điều chỉnh tần số và điện áp stato:
Các dạng đặc tính cơ khi thay đổi tần số và điện áp stato với các
phụ tải khác nhau (hình 3-13):
Trang 116

Trên hình 3-13a, khi phụ tải M
c
I/ (q = -1) thì điều chỉnh tần
số và điện áp stato theo qui luật:

const
f
U
2/1
1
1
= (3-47)
Trên hình 3-13b, khi phụ tải M
c
= const (q = 0) thì điều chỉnh
tần số và điện áp stato theo qui luật:
Trang 117
H
ình 3-13: Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số và điện áp theo
qui luật
M
= const với các phụ tải khác nhau:


1

02

f
1đm

0 M
c
M
th
M

o1


ođm

f
1đm
< f
11
f
12
< f
1đm


2

đm

b)

đm


2

f
1đm
< f
11
0 M
th1
M
thđm
M
th2
M

o2


ođm

f
1đm
f
12

< f
1đm


1

M
c
()

o1

M
th
()
a)


đm


2

f
1đm
< f
11
0 M
th2
M

thđm
M
th1
M

o2


ođm

f
1đm
f
12
< f
1đm


1


o1

M
c
()
M
th
()
M

c
()


1

c)

02

f
1đm

0 M
th2
M
thđm
M
th1
M

o1


ođm

f
1đm
< f
11

f
12
< f
1đm


2


đm

M
th
()
d)
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
const
f
U
1
1
= (3-48)
Trên hình 3-13c, khi phụ tải M
c
= const (q = 1) thì điều chỉnh
tần số và điện áp stato theo qui luật:

const
f
U

2/3
1
1
= (3-49)
Trên hình 3-13d, khi phụ tải M
c
= const (q = 2) thì điều chỉnh
tần số và điện áp stato theo qui luật:

const
f
U
2
1
1
= (3-50)
Đ 3.5. điều chỉnh tự động tốc độ động cơ bằng
Cách thay đổi thông số thông số đầu ra:
3.5.1. Nguyên lý chung:
Để cải thiện các chỉ tiêu chất lợng của hệ thống truyền động
điện điều chỉnh, ngời ta thờng thực hiện các phơng pháp điều
chỉnh tự động, tạo ra khả năng biến đổi thông số điều chỉnh (thông số
đầu vào X
đch
) một cách liên tục theo mức độ thay đổi của thông số
đợc điều chỉnh ở đầu ra (đại lợng X). Muốn vậy, ta phải thiết lập hệ
điều chỉnh vòng kín, lấy tín hiệu phản hồi từ đầu ra trực tiếp tỉ lệ với
đại lợng X hoặc gián tiếp qua các đại lợng liên quan đến X, cho tác
động lên thông số đầu vào, làm cho thông số này thay đổi tự động
theo chiều hớng đa đại lợng X đạt đến giá trị đặt trớc.

Cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tự động vòng kín nh trên
hình 3-14. Các tín hiệu điều khiển ở đầu vào thờng là điện áp: U
đ
-
tín hiệu đặt, tỷ lệ với giá trị đặt của thông số đợc điều chỉnh: tốc độ

đ
(U
đ

đ
); U
ph
- tín hiệu phản hồi, tỷ lệ với giá trị thực của thông số
đợc điều chỉnh (U
ph
); U = U
đk
- tín hiệu sai lệch, phản ánh
mức độ sai lệch giữa giá trị thực của thông số ra với giá trị mong
muốn đã đặt trớc
đ
.
Trang 118
U
đk
chính là tín hiệu dùng để điều khiển phần tử điều chỉnh ĐCh
sao cho thông số của nó tự động thay đổi, và tác động vào động cơ để
đủ làm cho giá trị tiến đến
đ

, đó chính là tự động ổn định tốc độ.

U
đ
U
đk






ổn định tốc độ trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có
ý nghĩa rất lớn trong việc cải thiện các chỉ tiêu chất lợng của hệ
TĐĐTĐ. Thờng tăng độ cứng đặc tính cơ để ổn định tốc độ bằng
cách dùng hệ thống điều khiển vòng kín.
Các đặc tính cơ hệ hở có = (k)
2
/R không đổi trong phạm vi
điều chỉnh. Đối với đặc tính cơ thấp nhất có s.đ.đ. E
b0
, nếu M
c
= M
đm

thì tốc độ làm việc sẽ là =

min
và sai số tĩnh thờng sẽ lớn hơn giá

trị cho phép:

S=
M
.
đm
0min

>S
cp
(3-51)
Để S S
cp
thì cần tìm biện pháp tăng tốc độ đến =
min
. Điểm
làm việc [
min
, M
đm
] đã nằm trên đặc tính khác của hệ có
0
=
01
và
E
b1
= k
01
> E

b0
. Nối điểm (
0min
, 0) với điểm (
min
, M
đm
) và kéo dài
ra ta đợc đặc tính mong muốn có độ cứng
m
và:



=-
0min
M
m
(3-52)
Giá trị
m
đợc xác định theo công thức:
Trang 119
ĐCh
Đ

U
ph
PH
H

ình 3-14: Hệ điều chỉnh tự động vòng kín
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
S=
M
b.
S
đm
m0min
cp

(3-53)
Giao điểm của đặc tính cơ mong muốn với các đặc tính hệ hở
cho biết các giá trị cần thiết của E
b
khi thay đổi mômen tải. Đặc tính
này đợc dựng ở gốc dới bên trái của hình 3-14.












3.5.2. Điều chỉnh tự động tốc độ theo dòng điện tải:
Qua hình 3-15, để nâng độ cứng lên

m
ta có thể điều chỉnh E
b

theo dòng điện tải. Tại giao điểm của đặc tính cơ hệ hở và hệ kín
(mong muốn) thì tốc độ và mômen có giá trị nh nhau nên:

E
k
-
M
=-
M
E=E +k
b
đm
0
m
bb0d
(3-54)
'



I
Trong đó:
)
1
-
1

()k(k ; .k=E
m
2
m
'
d0mb0

= ; (3-55)
Trang 120
Nguyên lý điều chỉnh (3-54) có thể đợc thực hiện bằng mạch
phản hồi dơng dòng điện phần ứng nh trên hình 3-16a.







Theo sơ đồ 3-16, ta có:
E
b
= k
b
(U
đ
+ R
d
I) (2-56)

=
kU
k
-
R+(1-k
k
bđ
đm
b
đm
)R
I
d
(2-57)
Trong đó: U
đ
- điện áp đặt tốc độ,
U
i
= R
d
I - điện áp phản hồi dòng điện,
R
d
- điện trở sun trong mạch phần ứng.
So sánh (3-56) với (3-54) ta có:
E
b0
= k

b
.U
đ
; K

d
= k
b
.R
d
(2-58)
Nếu chọn: k
b
.R
d
= (R + R
d
) thì

m
=

, ta đợc đặc tính cơ cứng
tuyệt đối. Nếu k
b
.R
d
> (R + R
d
) thì đặc tính cơ mong muốn sẽ có độ

cứng dơng, và động cơ làm việc sẽ không ổn định. Trong trờng hợp
biết trớc ,
m
cần phải tính R
d
, k
b
cho phù hợp, (hình 2-16b).
3.5.3. Điều chỉnh tự động tốc độ theo điện áp phần ứng:
Qua hình 3-16, để nâng độ cứng lên
m
ta có thể điều chỉnh E
b

bằng cách dùng mạch phản hồi âm điện áp phần ứng. Dựa vào phơng
trình đặc tính tải của bộ biến đổi:
Trang 121


m
> 0
I

m
=
U
đk
U
đ
BĐ

Đ
R
d

m
< 0
U
+
i
a)
I, M

b)


01

0min
H
ình 3-16: Sơ đồ và đặc tính phản hồi dơng dòng điện tải

m

min


min
E
b1
E

b0
E
b2
E
b0
0
E
b
M
đm
M, (I)
E
b
(M)
M, (I)
H
ình 3-15: Đặc tính cơ của hệ bộ Biến đổi - Động cơ
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
E
b
= U + R
b
I, vì R
b
= R - R

nên:

IU (3-59)
tn

=

1
(k
(E -
đm
b


)( )
)
2
11
Trong đó:
tn
= (k
đm
)
2
/R

là độ cứng đặc tính cơ tự nhiên.
Thay (3-59) vào (3-54) và đặt:

b=
1
-
1
)(
1

-
1
)
E= E
1
; k
b
;
mtn
'
(
'

bb a
bb
00
11

=

(3-60)
Ta có biểu thức tính s.đ.đ. E
b
theo điện áp phần ứng:
E
b
= E

b0
- k

a
U (3-61)
Nguyên lý điều chỉnh (3-61) có thể đợc thực hiện bằng mạch
phản hồi âm điện áp phần ứng nh trên hình 3-17a:







Bỏ qua dòng điện trong các điện trở r
1
, r
2
và đặt k
a
= r
2
/(r
2
+r
1
):
E
b
= k
b
(U

đ
- k
a
U) (3-62)




=
kU
(1 + k k ). k
-
R-
kk
1+k k
(k
bđ
bđm
b
b
đm
a
a
a
b
R
M
)
2
(3-63)

Trang 122
Nếu mạch có k
b
k
a
>> 1 thì (3-63) sẽ có dạng:






=
=-
U
k.k
-
R
(k
U
đ
đm

đm
đ
a
a
tn
M
k

M
)
(,)
2
0
(3-64)
Khi thay đổi hệ số phản hồi điện áp k
a
(bằng con trợt trên chiết
áp r
1
, r
2
) thì cả tốc độ không tải lỷ tởng lẫn độ cứng đặc tính cơ đều
thay đổi theo. Trờng hợp hệ có hệ số khuếch đại rất lớn thì độ cứng
mong muốn có thể đạt giá trị tối đa bằng
tn
, (hình 3-17b).
3.5.4. Điều chỉnh tự động dùng phản hồi âm tốc độ động cơ:
Qua hình 3-16, để nâng độ cứng lên
m
ta có thể điều chỉnh E
b

bằng cách dùng mạch phản hồi âm tốc độ động cơ.

Dựa vào phơng trình đặc tính điện cơ Bộ biến đổi - Động cơ
một chiều ta rút ra đợc dòng điện phần ứng và thay vào (3-54) ta có:

E
1
1-k
(E -
k
R
EE-(
E=E -k.
bb0
đm
b
m
b0
m
đm
bb0
''
t
'
=
=-
d
d
R
k

k
.
)
).








1
(3-65)
Trang 123
U
đ
U
đk
U
-
a
BĐ
I
r
1
r
2
Đ
a)

m
=
tn

m
I, M
b)
H
ình 3-17: Sơ đồ và đặc tính phản hồi âm điện áp phần ứng
U

0


0
k
b
k
t
=
U
đk
U
đ
BĐ
Đ
U

-

a)
k
t
FT
I, M
b)
H
ình 3-18: Sơ đồ và đặc tính phản hồi âm tốc độ động cơ
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Trong đó: E

b0
=
m
.E
b0
/ , k

t
= (
m
/-1).k
đm
.
Luật điều chỉnh (3-65) đợc thực hiện bằng phản hồi âm tốc độ
(hình 3-18a), trong đó tín hiệu tốc độ đợc lấy trên máy phát tốc FT là
máy phát có điện áp ra tỷ lệ với tốc độ động cơ:
U

= k
t
.


.






=
-
=
kU k
(1+ k k / k k
k(1+kk/k
bđ đm
bđmđm
đm b đm
RM
R
t
m
t
./
).
() )

(3-66)
2
Từ (3-66) có thể tính đợc hệ số khuếch đại yêu cấu của hệ sao
cho đặc tính cơ thấp nhất trong phạm vi điều chỉnh đạt độ cứng mong
muốn. Khi k
b
.k
t
thì đặc tính cơ là tuyệt đối cứng.
Trong trờng hợp không dùng máy phát tốc thì có thể dùng cầu
tốc độ để lấy tín hiệu phản hồi tốc độ (trong đó phần ứng động cơ là
một nhánh cầu).
3.5.5. Phản hồi âm dòng điện có ngắt:
Quá trình làm việc của hệ TĐĐTĐ thờng có yêu cầu về ổn
định tốc độ trong vùng biến thiên cho phép của mômen và dòng điện
phần ứng, khi dòng điện và mômen vợt quá phạm vi này thì cần phải
hạn chế dòng điện và mômen tránh cho động cơ bị quá tải lớn, gây ra
sự cố và h hỏng động cơ.
Muốn giảm dòng điện hoặc mômen ngắn mạch ta phải giảm độ
cững đặc tính cơ. Tuy nhiên, để đẩm bảoyêu cầu ổn định tốc độ trong
phạm vi biến thiên cho phép của tải, ta chỉ giảm độ cứng khi dòng
điện hoặc mômen vợt quá một ngỡng nào đó. Ngỡng này đợc gọi
là
điểm ngắt

. Tơng ứng với nó ta có dòng ngắt

I
ng
, mômen

ngắt M
ng
và tốc độ ngắt


ng
. Thông thờng I
*
ng
(1,5ữ2).
Vậy, đặc tính cơ của hệ gồm hai đoạn: đoạn làm việc từ điểm
không tải lý tởng đến điểm ngắt (đoạn AB) và đoạn ngắt từ điểm
ngắt đến điểm dừng (đoạn BC) (xem hình 3-19a).

Trang 124
Vì đặc tính này rất đặc trng cho công nghệ của máy xúc nên
ngời ta gọi nó là đặc tính máy xúc

.








Muốn tạo ra đoạn đặc tính dốc có độ cứng mong muốn là
ng
bắt

buộc phải thay đổi thông số điều chỉnh x
đch
sao cho tốc độ động cơ
giảm nhanh khi tải tăng lên trên giới hạn cho phép.
Nh vậy khi tải tăng thì hệ phải giảm E
b
của bộ biến đổi.

E).(I-I)
E
bđm
2
ng
b
=








=
Ek
Ek II
b
ng
b
ng d

ng
0
0
11

.(
.( )
'
.
(3-67)
Để thực hiện quy luật điều chỉnh này, ta dùng một khâu phản
hồi âm dòng điện có ngắt tác động trên mức ngỡng I
ng
, sơ đồ nguyên
lý nh hình 3-19b. Điện áp so sánh: U
s
= I
ng
.R
đo
, vậy:
E
b
= k
b
[U
đặt
- I

.R

đo
+ U
s
] = k
b
.U
đặt
- k
b
.R
đo
.(I

- I
ng
); (3-68)
So sánh với (3-67) ta thấy:
E
b0
= k
b
.U
đặt
; k

ng.d
= k
b
.R
đo

= k
b
.k
ng.d
;
Đoạn BC:
= C
đ
k
b
U
đặt
- C
đ
(k
b
k
ng.d
+ R)(I - I
ng
); (3-69)
Trang 125

~ BĐ
Đ
A

0

đm

R
đo

ng
B
U
h
V
ng
U
đặt
C
I

0 I
đm
I
ng
I
nm

U
s
U
a)
b)
H
ình 3-19: a) Đặc tính cơ của hệ dùng khâu hạn chế dòng
b) Sơ đồ của hệ dùng khâu phản hồi ngắt dòng
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Câu hỏi ôn tập
1. Có những chỉ tiêu chất lợng nào dùng để đánh giá các
phơng pháp điều khiển động cơ ? Nêu định nghĩa và trình bày ý
nghĩa của từng chỉ tiêu.
2. Phân tích ý nghĩa của việc điều chỉnh tốc độ và điều chỉnh
dòng điện (hoặc mômen), nêu yêu cầu thực tế của việc điều chỉnh
từng thông số ? Những chỉ tiêu cần đạt đợc của việc điều chỉnh mỗi
thông số là gì ?
3. Từ biểu thức nào ta rút ra nhận xét chung về các phơng pháp
điều khiển động cơ điện một chiều và động cơ điện không đồng bộ ?
Mỗi loại động cơ có mấy phơng pháp điều khiển ? Những phơng
pháp nào đợc xem là có hiệu quả ?
4. Những phơng pháp điều khiển nào của động cơ điện một
chiều có thể dùng để điều chỉnh tốc độ ? Những phơng pháp nào
dùng để điều chỉnh mômen và dòng điện ?
5. Hãy đánh giá các chỉ tiêu chất lợng của phơng pháp điều
chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.
6. Nêu ứng dụng của phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng.
7. Nêu u, nhợc điểm của phơng pháp điều chỉnh tốc độ động
cơ điện một chiều bằng cách thay đổi từ thông kích thích.
8. Trình bày cách dựng họ đặc tính khởi động của động cơ
không đồng bộ rôto dây quấn khi dùng các cấp điện trở phụ nối vào
mạch rôto và cách xác định các cấp điện trở đó.
9. Trình bày nguyên lý điều chỉnh dòng điện và mômen (khởi
động) của động cơ không đồng bộ lồng sóc bằng phơng pháp thay
đổi điện áp stato và phơng pháp dùng điện trở phụ stato.
10. Phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng
cách thay đổi số đôi cực có những ứng dụng nào ?

Trang 126
11. Đặc điểm làm việc của động cơ không đồng bộ khi đợc
cung cấp điện áp và tần số định mức, và khi thay đổi tần số khác với
định mức ? Từ thông của động cơ thay đổi nh thế nào khi tần số nhỏ
hơn định mức và khi tần số lớn hơn định mức ?
12. Có những luật (nguyên lý) điều khiển nào đợc áp dụng khi
điều khiển tần số của động cơ không đồng bộ ? Mô tả nội dung cơ bản
của các luật điều khiển đó.
13. Ưu, nhợc điểm của phơng pháp điều khiển tần số của
động cơ không đồng bộ ? Vì sao nói phơng pháp này của động cơ
không đồng bộ có thể so sánh đợc với phơng pháp điều khiển điện
áp phần ứng của động cơ một chiều kích từ độc lập ?
14. Ngời ta thờng quan tâm đến những vấn đề khởi động và
điều khiển nào đối với động cơ đồng bộ ?
15. Mô tả một quá trình khởi động hai giai đoạn của động cơ
đồng bộ thông dụng.
16. Hãy trình bày nguyên lý làm việc của hệ
Bộ biến đổi -
Động cơ một chiều có điều chỉnh tốc độ tự động vòng kín khi dùng
phản hồi âm điện áp phần ứng.
17. Hãy trình bày nguyên lý làm việc của hệ
Bộ biến đổi -
Động cơ một chiều có điều chỉnh tốc độ tự động vòng kín khi dùng
phản hồi dơng dòng điện.
18. Hãy trình bày nguyên lý làm việc của hệ
Bộ biến đổi -
Động cơ một chiều có điều chỉnh tốc độ tự động vòng kín khi dùng
phản hồi âm tốc độ, phản hồi hỗn hợp âm điện áp và dơng dòng điện
phần ứng.
19. Hãy trình bày hoạt động của sơ đồ nguyên lý hệ

Bộ biến đổi
- Động cơ một chiều có phản hồi âm dòng điện có ngắt và cách tạo ra
đặc tính máy xúc.



Trang 127