Đồ án chỉnh lưu tia 3 pha

số 5: Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – Động cơ một chiều
Đề
không
đảo
chiều
quay.
Số
liệu
và
yêu
cầu
như
sau:
1. Phụ tải MC = hằng số mang tính chất phản kháng
2. Động cơ một chiều kích từ độc lập có: Pđ = 3,2 KW; nđ = 1500vg/ph
3.
BBĐ
dùng
sơ
đồ
chỉnh
lưu
hình
tia
3
pha
4. Phạm vi điều chỉnh D = 50:1; sai lệh tĩnh [s] = 0,1.

1

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay trên tất cả các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói
riêng, ở đó các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công
nghiệp, nông nghiệp và trong các lĩnh vực sinh hoạt. Các nhà máy, xí nghiệp đã
ứng dụng ngày càng nhiều những thành tự của công nghiệp điện tử công suất.
Ứng dụng Điện Tử Công Suất Trong Truyền Động Điện - Điều Khiển Tốc Đ ộ
động cơ điện là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển. Các nhà sản xuất
không ngừng cho ra đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn
công suất và các thiết bị điều khiển kém. Đồng thời ngày nay càng có nhiều
những thành tựu của cơng nghiệp điện tử nói chung và điện tử cơng suất nói
riêng. Đó là những minh chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này.
2


MỤC LỤC

3


PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC
LẬ VÀ CHỈNH LƯU.
1. Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập


Khái niệm

Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng đủ lớn thì mạch điện phần
ứng và mạch kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập nhau,lúc này động cơ
được gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập.


Sơ đồ ngun lý

Hình a: sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập
•

Ngun lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện. Các thanh dẫn
có dịng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều của
lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vịng,
vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do có phiếu góp chiều dịng điện dữ
nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi. Khi quay, các thanh dẫn
cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của suất điện động được
xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều sđđ Eư ngược chiều dòng
điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động. Khi đó ta có phương trình: U =
Eư + Rư.Iư
•

Ưu điểm
4


Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ
- Có nhiều phương pháp hãm tốc độ
• Nhược điểm
- Tốn nhiều kim loại màu
- Chế tạo, bảo quản khó khăn
- Giá thành cao hơn các máy điện khác
2. Chỉnh lưu

-



Khái niệm

Chỉnh lưu là một mạch điện gồm các linh kiện điện tử có tác dụng biến
dịng điện xoay chiều thành dịng một chiều
U2
U1

BAL

Ud
LSB

MV

TẢI

Id
MDK

KHT

- MBA: biến âp lực- có chức năng chuyền cấp điện áp và số pha chuẩn của lưới
điện sang giá trị điện áp và số pha thích hợp với mạch chỉnh lưu-tải
- MV: mạch van- gồm các van bán dẫn được đấu theo một kiểu sơ đồ nào đó, ở
đây trực tiếp thực hiện một sơ đồ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một
chiều ( đây là khâu không thể thiếu trong sơ đồ mạch chỉnh lưu).

- MĐK: mạch điều khiển khi mạch van sử dụng van bán dẫn điều khiển được
như thyristor sẽ có mạch này để thực hiện việc cho van dẫn dòng vào các thời
điểm cần thiết nhằm khống chế năng lượng đưa ra tải

5


PHẦN 2: TRÌNH BÀY VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
BBĐ VAN- ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG ĐẢO CHIỀU QUAY
CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN
1.1. PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG
Rf
1.1.1. Thay đổi điện trở phụ phần ứng ( )
Nguyên lý điều chỉnh: Để điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập bằng
phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào
mạch phần ứng
ω = f (R f , φkt , U)
Ta có:
Giả thiết:
U= const
Φkt = const
R = Var
Muốn thay đổi điện trở phụ phần ứng mắc nối tiếp với điện trở phụ thay đổi
được và mạch phần ứng, ta có:
R= Rư + Rf
Từ phương trình đặc tính cơ:
U
R + Rf
ω = dm *M

KΦ dm (KΦ dm ) 2
Từ phương trình đặc tính cơ => khi điện trở phụ R f tăng => tốc độ động cơ
giảm, khi điện trở phụ Rf giảm => tốc độ động cơ tăng
Tốc độ không tải lý tưởng:
U
ωo = dm = const
kφdm
Độ cứng đặc tính cơ:
6


(kφdm ) 2
β=
= Var
Ru + Rf
Dạng đặc tính cơ:
Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta có dạng đặc tính cơ như hình:

Hình 1.1 Giản đồ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ phần ứng
 Nhận xét: Nếu Rf càng tăng thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời I nm và
Mnm càng giảm. Phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện động
cư khi khởi động.
Ưu điểm:
+ Đơn giản, dễ thực hiện.
Nhược điểm:
+ Độ cứng đặc tính cơ thấp
+ Tổn thất năng lượng trên điện trở lớn
+ Phạm vi điều chỉnh hẹp
1.1.2. Thay đổi điện áp phần ứng (
1.1.2.1

Cơ sở của phương pháp
ω = f (R f , φkt , U)
Ta có:

Uu

)

Giả sử :
Uư = Var
Φ = Const
7


R = Const
phương trình đặc tính cơ
U
R + Rf
ω = dm *M
KΦ dm (KΦ dm ) 2
Điện áp động cơ giảm => tốc độ động cơ giảm
Tốc độ không tải lý tưởng:
U
ωo = u = var
kφ
Độ cứng đặc tính cơ:

(kφ)2
β=
=const

Ru
Dạng đặc tính cơ:
Khi thay đổi điện áp mạch phần động cơ ta được một họ đắc tính song
song với nhau như hình vẽ.

Hình 1.2. giản đồ biểu thị sự thay đổi của điện áp phần ứng
1.1.2.2 Phương pháp điều chỉnh
Để điều chỉnh điện áp phần ứng, ta phải sử dụng thêm một bộ biến đổi điều
chỉnh được điện áp đầu ra cấp cho mạch phần ứng của động cơ

8


Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động cơ
BBĐ dùng để biến đổi điện áp xoay chiều của lưới điện thành một chiều
và điều chỉnh giá trị điện áp đầu ra theo yêu cầu. Điện trở trong của BBĐ R bđ
phụ thuộc vào loại thiết bị vì thơng thường công suất của bộ biến đổi và động cơ
sấp sỉ bằng nhau nên Rbđ cũng có giá trị đáng kể so với Rư của động cơ
Sơ đồ nguyên lý thay thế:

Hình 1.4. sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động cơ
=> Nhận xét:
Ưu điểm:
+ Không gây ồn.
+Không gây tổn hao phụ trong động cơ.
D ≈ 10 : 1 
+ Dải điều chỉnh rộng:
+ Độ cứng đặc tính cơ khơng đổi trong dải điều chỉnh.
+ Dễ tự động hóa.
Nhược điểm:

+ Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra.
9


+ Điều khiển phức tạp.
1.1.3. Thay đổi từ thơng kích từ (

φkt

)

Nguyên lý điều chỉnh: Để điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập bằng
phương pháp thay đổi từ thơng kích từ chính là điều chỉnh momen điện từ của
động cơ M= K.Φ.Iư và điều chỉnh sức điện động quay Eư = K.Φ.ω của động cơ.
Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.5. Sơ đồ điều chỉnh kích từ của động cơ kích từ động lập

Ta có:

ω = f (R f , φkt , U)
Giả sử:
U = Udm = const
Φ = Var
R = const

φkt
ω
Để thay đổi tốc độ ta cần thay đổi
, mà từ thơng kích do dịng kích

từ sinh ra vậy ta mắc thêm biến trở Rv vào mạch kích từ. Do tăng dịng kích từ
φkt = φdm
Ikt > Idm sẽ làm phá hỏng cuộn dây kích từ và khi
( trạng thái bão hịa)
φkt
ta tăng Ikt lên thì
cũng khơng thay đổi đáng kể nên ta thay đổi từ thơng kích
từ bằng cách giảm từ thơng
- Phương trình đặc tính cơ:
U
R + Rf
ω = dm *M
KΦ dm (KΦ dm ) 2
10


Từ thông giảm => tốc độ động cơ tăng
Giảm từ thông => tốc độ không tải lý tưởng ωox tăng, độ cứng đặc tính cơ
giảm, dịng ngắn mạch Inm khơng đổi:
U
ωox = dm = var
KΦ x
Tốc độ không tải lý tưởng:

Độ cứng đặc tính cơ: β =
dịng ngắn mạch: Inm =

(K Φ x )2
=var
R

U dm
R

= const

Dạng đặc tính cơ: khi thay đổi từ thơng ta có dạng đặc tính cơ như hình.

Hình 1.6. dạng đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ
độc lập khi thay đổi từ thông.
=> Nhận xét:
Nhược điểm:
D=
+Dải điều chỉnh không rộng:

ωmax
= 2 :1
ωmin

+ Tốc độ nhở nhất bị chặn bởi đặc tính tự nhiên
11

φ = φdm


+ Tốc độ lớn nhất
của động cơ.

ωmax

bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch

Ưu điểm:
+ Công suất điều chỉnh mạch nhỏ, tổn thất năng lượng nhỏ.
Cũng có thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 5:1 thậm chí đến
8:1 những phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và
công nghệ chế tạo phức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên.

1.1.4. Nhận xét lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ.
Nhận xét: Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ
điện một chiều nhưng chỉ có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều bằng cách thay đổi điện áp Uư đặt vào phần ứng của động cơ là
tốt nhất và hay được sử dụng nhất vì nó thu được đặc tính cơ có độ cứng
khơng đổi, điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và khơng bị tổn hao.
1.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU.


1.2.1

phân tích hệ thống van T-D.

*Sơ đồ nguyên lý.

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý của hệ T-D
Bộ biến đổi van Tiristor là một loại nguồn điện áp một chiều, nó trực tiếp
biến đổi dịng xoay chiều thành dòng.Việc điều chỉnh điện áp đầu ra của bộ biến
đổi đƣợc thực hiện bằng cách điều chình góc mở α của van. Điện áp chỉnh lƣu
12

Ud0 (điện áp khơng tải ở đầu ra) có dạng đập mạch với tần số đập mạch là n
trong một chu kỳ 2π của điện áp sơ cấp của máy biến áp lực. Một bộ biến đổi
van có thể bao gồm: Máy biến áp lực, tổ van, kháng lọc, thiết bị bảo vệ và thiết
bị điều khiển.
*Sơ đồ thay thế.

Hình 1.8. Sơ đồ thay thế chỉnh lưu thyristor
-

Khi van dẫn ta có phương trình:
U2 – E = I +
= Rba + Rứ + Rkt
= Lba + Lứ + Lkt

Nhận xét: Ưu điểm: Hệ (T-Đ) tác động nhanh, tổn thất năng lượng ít, kích
thước và trọng lượng nhỏ, khơng gây ồn và dễ tự động hóa do các van bán dẫn
có hệ số khuếch đại lớn, điều đó rất thuận lợi cho việc thiết lập các hệ thống tự
động điều chỉnh nhiều vịng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc
tính động của hệ thống.
Do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên
độ đập mạch cao, khả năng linh hoạt và chuyển trạng thái làm việc không cao,
khả - 25 - năng quá tải về dòng và áp của van kém, chất lượng điện áp ra không
cao, tổn thất phụ, và làm xấu hiện tượng chuyển mạch trên cổ góp.
Khắc phục: Thiết kế truyền động van cố gắng làm ngắn vùng gián đoạn
bằng cách nối kháng lọc, tăng số lần đập mạch, nối van đệm.
13


1.2.2 Phân tích hệ thống máy phát động cơ (F-Đ)
1.2.1.1 Cấu trúc hệ F-Đ và các đặc tính cơ bản

Hệ thống máy phát động cơ (F-Đ) là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi
diện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát này thường do động
cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha điều khiern quay và coi tốc đọ quay của máy
phát là không đổi.
Tính chất của máy phát điện được xác định bởi hai đặc tính: Đặc tính từ
hóa là sự phụ thuộc giữa sức điện động máy phát vào dịng điện kích từ và đặc
tính tải là sự phụ thuộc của điện áp trên hai cực của máy phát và dòng điện tải,
các đặc tính này nối chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt, do các phản ứng
của dịng điện phần ứng.. Trong tính tốn gần đúng có thể tính hóa các đặc tính
này:
�� = ��.��. �� = ��.��. �. ���
Trong đó: �� : là hệ số kết cấu cảu máy phát
C = ∆�.F/∆��� : là hệ số góc của đặc tính từ hóa
Nếu quấn kích thích của máy phát được cấp bởi nguồn áp lý tưởng ��� thì:

Sức điện động của máy phát trong trường hợp này sẽ tỷ lệ với điện áp kích bởi
hệ số hằng �� như vậy có thể coi gần đúng máy phát điện một chiều kích từ độc
lập là một bộ khuếch đại tuyến tính:
�� = ��′. ���′′
Nếu đặt R = �ư� + �ư� thì có thể viết được phương trình các đặc tính của hệ F-Đ
như sau:

ω =

Kf
R
.U KF  −
.M
Kφ
(Kφ) 2

ω = ωD .(U KF.U KD ) −

M
β(U KD )

14


1.2.1.2. Các chế độ làm việc của hệ F-Đ
Trong mạch lực của hệ F-Đ khơng có phàn tử phi tuyến nào nên hệ có
những đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các chế độ điều chỉnh được
cả hai phía: kích thích máy phát F và kích độngc ơ Đ, đảo chiều quay bằng cách
đảo chiều dịng kích thích máy phát, hãm động năng khi dịng bằng kích thích
máy phát, hãm động năng khi dịng kích từ máy bằng không, hãm tyasi sinh khi
giảm tốc ssộ hoặc khi đảo chiều dịng kích từ, hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm
tái sinh khi đăỏ chiều hoặc khi làm việc ổn định với momen tải có tính chất thế
năng. Hệ F-Đ có các đặc tính cơ điện đầy đủ cả bốn góc phần tư của mặt phẳng
tọa độ

(ω,M)

Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý hệ F-D
Các biểu thức trên chứng tỏ rằng, khi điều chỉnh dịng điện kích thích của
máy phát thì điều chỉnh được tốc độ khơng tải của hệ thống cịn độ cứng đặc
tính cơ thì giữ ngun. Cũng có thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải
điều chỉnh tốc độ rộng hơn.
* Các chế độ làm việc của hệ F- Đ

15

Hình 1.10. Sơ đồ làm việc
Trong hệ F - Đ khơng có phần tử phi tuyến nào nên hệ có những đặc tính
động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc. Với sơ đồ cơ bản
như hình 1.7 động cơ chấp hành Đ có thể làm việc ở chế độ điều chỉnh được cả
hai phía: Kích thích máy phát F và kích thích động cơ Đ, đảo chiều quay bằng
cách đảo chiều dịng kích thích máy phát, hãm động năng khi dịng kích thích
máy phát bằng không, hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dịng
kích từ, hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm
việc ổn định với mơmen tải có tính chất thế năng … hệ F - Đ có đặc tính cơ ở cả
bốn góc phần tư của mặt phẳng toạ độ [w ,M].
+) Ở góc phần tư thứ I và thứ III tốc độ quay và mômen quay của động cơ luôn
cùng chiều nhau, sức điện động máy phát và động cơ có chiều đối nhau và |E|| <|
E |, |wc| > |w|
Công suất điện từ của máy phát và động cơ là:
PF = EF.I > 0
PĐ = E.I < 0
Pcơ = M. > 0
Các biểu thức này nói lên rằng năng lượng được vận chuyển thuận chiều từ
nguồn máy phát động cơ tải.
+) Vùng hãm tái sinh nằm ở góc phần tư thứ II và thứ IV, lúc này do |w|>|wa|
nên |E|>| EF| , mặc dù E, EF mắc ngược nhau, nhưng dòng điện phần ứng lại
chạy ngược từ động cơ về máy phát làm cho mômen quay ngược chiều tốc độ
quay.
16


Công suất điện từ của máy phát, công suất điện từ và công suất cơ học của động
cơ là:

PF = EF.I < 0
PĐ = E.I > 0
Pcơ = Mw. < 0
Chỉ do dòng điện đổi chiều mà các bất đẳng thức trên cho ta thấy năng
lượng được chuyển vận theo chiều từ tải động cơ máy phát nguồn, máy phát F
và động cơ Đ đổi chức năng cho nhau. Hãm tái sinh trong hệ F - Đ được khai
thác triệt để khi giảm tốc độ, khi hãm để đảo chiều quay và khi làm việc ổn định
với tải có tính chất thế năng.
- Đặc điểm của hệ F - Đ: +) Các chỉ tiêu chất lượng của hệ F - Đ về cơ bản
tương tự các chỉ tiêu của hệ điều áp dùng bộ biến đổi nói chung.
+)Ưu điểm nổi bật của hệ F - Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh
hoạt, khả năng chịu quá tải lớn, do vậy thường sử dụng hệ truyền đông F - Đ ở
các máy khai thác trong công ngiệp mỏ.
+) Nhược điểm quan trọng nhất của hệ F - Đ là dùng nhiều máy điện quay, trong
đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất
gấp ba lần cơng suất động cơ chấp hành. Ngoài ra do các máy phát một chiều có
từ dư, đặc tính từ hố có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.
1.2.3 phân tích hệ thống xung áp động cơ (ĐXA-Đ)
1.2.3.1 Nguyên lý hệ thống

17


Hình 1.11. Cấu trúc hệ truyền động xung áp một chiều
Sơ đồ đơn giản của hệ ĐAX-ĐM dùng khóa đóng và cắt bằng thyristor.
Trong đó, nguồn một chiều chỉnh lưu cầu diot 3 pha CL, tạo ra điệ áp Ud tương
đối bằng phẳng, giúp cho việc duy trì chế độ dòng điện liên tục được dễ dàng.
Điều khiển thyristor T1 mở và khóa bằng xung mở của bộ điều khiển, ta
sẽ được điện áp ra của bộ băm nối tiếp Ub đặt vào phần ứng của động cơ ĐM,
tương ứng sẽ có tốc độ w. Trong chế độ dịng điện liên tục, các đại lượng trong

hệ được tính tốn theo giá trị trung bình : Điện áp hoặc sức điện động trung bình
của bộ ĐAX :
t
E b = U tb = d .U d = γ.U d
t ck 0
γ=
Trong đó :
của bộ BĐK

td
t
.U d = d = t d .f x
t ck
Tx

tỷ số chu kì băm

Tx

và

fx

: chu kì tần số xung

Dịng điện trung bình mạch phần ứng:
E − E γ.U d − Kφω
I u = I tb = b
=
Ru ∑

Ru ∑
Phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của hệ ĐAX-ĐM có dạng:
γ.Ud R u ∑
ω=
−
.I u
Kφ
Kφ

ω=

γ.U d R u ∑
−
.M
Kφ (Kφ) 2

Đặc tính cơ ở vùng dịng điện liên tục là những đường thẳng song song nhau,
tróng đó tốc độ khơng tải lý tưởng phụ thuộc vào tỉ số chu kỳ:

18


Hình 1.12. Đặc tính cơ của hệ truyền động
Xung điều khiển các thyristor T1 và T2 được tạo ra nhờ bộ BĐK với tần số xung
1
fx =
Tx
fx
Tx
. Khi thay đổi chu kỳ xung hay tần số xung , ta sẽ làm thay đổi thời

gian mở khóa của T1 và T2, từ đó thay đổi được điệnáp U b và Uu , dẫn đến điều
ω
chỉnh được tốc độ động cơ .

Hình 1.13. Cấu trúc bộ điều chỉnh điện áp

19


1.2.3.2 Đặc điểm hệ thống truyền động xung áp động cơ một chiều
Đặc điểm của bộ biến đổi xung áp là: sử dụng các linh kiện bán dẫn nên
tổn hao ít, không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, khả năng tự động hóa cao,
tuy nhiên sơ đồ phức tạp, mạch điều khiển cũng phức tạp
1.2.4. Đánh giá lựa chọn bộ biến đổi.
Sau khi đưa ra ba phương pháp án trên kết hợp với các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật và khả năng vận hành cùng với điều kiện phát triển của khoa học kỹ thuật
chọn phương án dùng T-Đ. Vì phương pháp này có nhiều ưu điểm phù hợp với
u cầu cơng nghệ.
Vì vậy ta chọn hệ thống truyền động như sau:
+ Động cơ: chọn loại động cơ 1 chiều kích từ độc lập
+ Phương pháp điều chỉnh tốc độ : thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
+ Loại BBĐ: hệ truyền động T-Đ
3 .PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG PHÁP HÃM DỪNG ĐỘNG CƠ.
Hãm động cơ gồm 2 phương pháp:
+ Hãm theo phương pháp cơ
+ Hãm theo phương pháp điện
Hãm theo phương pháp cơ là dùng phanh cơ hoặc phanh điện – cơ, phanh
điện- cơ thường đặt ở cổ trục động cơ và có nhiều kiểu, nhiều loại nhưng nguyên
tấc điều khiển tương tự nhau. Khi cấp điện cho động cơ chạy thì cuộn phanh
cũng được cấp điện khi đó cổ trục động cơ chạy thì cuộn phanh cũng được cấp

điện vì cổ trục động cơ được nối lỏng. Khi cắt điện để động cơ được nối lỏng thì
cuộn phanh cũng mất điện vì cổ trục động cơ bị ép lại
Mục đích của hãm một hệ TĐĐ:
+ Dừng hệ TĐĐ
+ Giữ hệ thống đứng yên khi hệ thống đang chịu một lực có hướng gây
chuyển động
+ Giảm tốc hệ TĐĐ
+ Ghìm cho hệ TĐĐ làm việc với tốc độ ổn định
20


Hai mục đích sau phương pháp hãm phanh điện – cơ rất khó thực hiện
nên ta khơng dùng phanh điện cơ
Phương pháp hãm điện dùng được trong tất cả các trường hợp trên nên ta
phân tích hãm điện.
Trạng thái hãm của động cơ là trạng thái động cơ sinh ra momen điện từ ngược
với chiều quay của roto đang có, có 3 trạng thái hãm :
+ Hãm tái sinh
+ Hãm ngược
+ Hãm động năng
Đặc điểm chung cho cả 3 trạng thái hãm điện là động cơ điện làm việc ở
chế độ máy phát, cơ năng của hệ TĐĐ đang có qua động cơ chuyển hóa thành
điện năng để hồn trả về lưới điện ( hãm tái sinh) hoặc tiêu thụ ở dạng nhiệt trên
điện trở ( hãm ngược , hãm động năng)
1

Hãm tái sinh

Hãm tái sinh là trạng thái máy phát mà cơ năng tích lũy thành điện năng
trả về lưới điện. Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ không tải

lý tưởng ( Eu > Uu ). Động cơ làm việc như một máy phát điện song song với
lưới điện. So với chế độ động cơ, dòng và momen hãm đã đổi chiều được xác
định theo biểu thức:
U − E u Kφωo − Kφω
Ih = u
=
R
R
<0
Mh=Kkt.Ih<0
Trị số hãm lớn dần lên cho đến khi cân bằng với momen phụ tải của cơ
cấu thì
ω > ωo
hệ thống làm việc ổn định với
Hãm tái sinh xảy ra trong các trường hợp sau đây:
+ Với tải mang tính chất tải phản kháng, hãm tái sinh bằng cách giảm điện áp
Uu221


+ Với tải mang tính chất thế năng, ta tiến hanh hạ tải bằng cách đảo chiều điện
áp phần ứng. Ở đây ta nghiên cứu tải mang tính chất phản kháng nên ta không
xét trường hợp này.
Khi hãm tái sinh không nên đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng vì đưa
thêm điện trở phụ vào sẽ làm cho hiệu suất của việc hãm tái sinh giảm đi tốc độ
làm việc khi hãm lớn gây ra mất an toàn
Vậy ta xét hãm tái sinh bằng phương pháp giảm điện áp nguồn
1

Hãm tái sinh với tải phản kháng (Uu2

Hãm tái sinh xảy ra ở những hệ có điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng. Động
cơ khi giảm điện áp để để điều chỉnh tốc độ sừng máy và để đảo chiều quay
Xảy ra hãm tái sinh khi:
ωd > ωo

Hình 1.14 . Hãm tái sinh với giảm điện áp Uu
Khi thay đổi điện áp phần ứng:
Tốc độ không tải lý tưởng tại A:
U
ωo1 = 1
Kφ
Tốc độ không tải lý tưởng sau khi tiến hanh hãm:

22


ωo2 =

U2
Kφ

Độ cứng đặc tính cơ:

(Kφ) 2
β=
Ru + Rf

= const nên 2 đường đặc tính cơ song song với nhau

Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ với tốc độ khơng
tải lý tưởng Wo1 ở góc phần tư thứ nhất với momen cản Mc và tốc độ động cơ WA
Khi thay đổi điện áp phần ứng, theo quán tính cơ nên tốc độ động cơ chưa
kịp thay đổi tức thời nên động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B để thỏa mãn
2 điều kiện đề bài:
U − Kφω Kφωo2 − KφωA
IB = u
=
<0
Wo2 < WA
Ru + Rf
Ru + Rf
vì
M B = KφI B < 0
=> Momen hãm
M A = M o2
Tốc độ động cơ giảm dần từ B đến C do
nên dòng điện dẫn bằng
không dẫn tới momen bằng 0, dưới tác dụng của momen cản làm động cơ tiếp
tực giảm xuống dưới Wo2
Đoạn DC dòng điện và momen động cơ dương:
U − Kφω Kφωo2 − KφωCD
ICD = u
=
>0
Ru + Rf
Ru + Rf

M CD = KφωCD > 0
Đến D momen động cơ Mdc cân bằng Mc động cơ làm ciệc ở chế độ ổn

ωD < ωA
định tại điểm D với tốc độ
Đoạn BC là đoạn hãm tái sinh với tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ không
tải lý tưởng
Trong hãm tái sinh địng điện hãm đổi chiều và cơng suất được đưa trả về
lưới điện có giá trị P=(E-U)I. Đây là phương pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ
sinh ra điện năng hữu ích
23


- Nhận xét:
Hãm tái sinh là phương pháp hãm kinh tế nhưng do ta chọn bộ biến đổi
hình tia 2 pha mắc Diod Do là bộ biến đổi đơn. Bộ biến đổi đơn khơng cho phép
dẫn dịng ngược mà chỉ cho dẫn dòng theo một chiều nên hệ truyền động của ta
không thực hiện hiện hãm tái sinh này
2

Hãm ngược
Hãm ngược là trạng thái máy phát của động cơ khi momen cản động cơ

ngược chiều với tốc độ quay của động cơ (M

↑↓ ω

). Có 2 loại hãm ngược

+ Hãm đảo chiều điện áp phần ứng (sử dụng với tải phản kháng)
+ Hãm đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng (sử dụng với tải mang tính chất thế
năng)
Ở đây ta chỉ xét tải phản kháng nên không xét đến tải thế năng

Hãm ngược đảo chiều điện áp phần ứng

Hình 1.15 . a) Sơ đồ hãm ngược bằng đảo chiều điện áp phần ứng
b) Giản đồ hãm ngược bằng đảo chiều điện áp phần ứng
Khi thay đổi điện áp phần ứng:

24


ω=

−U
= −ωo
Kφ

(Kφ) 2
β1 =
Ru

(Kφ) 2
β2 =
< β1
Ru + Rf

=> 2 đặc tính cơ khơng song song với nhau

Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng ( vì dịng
đảo chiều lớn nên phải mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để hạn chế)
thì động cơ sẽ chuyển sang chế độ làm việc tại điểm B để thỏa mãn 2 điều kiện

làm việc trên đặc tính cơ mới và có tốc độ bằng tốc độ động cơ ở A:
− U u − Kφω −Kφωo − KφωA
IB =
=
<0
Wo2 < WA
Ru + Rf
Ru + Rf
vì
M B = KφI B < 0
=> Momen hãm
Tại điểm B do quán tính nên roto vẫn quay theo chiều cũ còn Momen đã
đổi chiều chống lại chiều quay nên tốc độ giảm nhanh theo đoạn BC.
Tại C tốc độ bằng 0 nếu cắt phần ứng ra khỏi lưới điện động cơ sẽ dừng
lại. Cịn nếu vẫn tiếp tục đóng phần ứng vào lưới điện thì tại C momen cản M>
Mc thì động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại. Từ C đến D dòng điện, Momen
giảm dần
− U u − (−Kφω) −Kφωo + KφωCD
ICD =
=
<0
Ru + Rf
Ru + Rf

M CD = KφICD < 0
Đến D momen động cơ cân bằng với momen cản => động cơ bắt đầu là
việc ở chế độ xác lập
Đoạn BC hãm ngược vì Momen quay của động cơ ngược chiều với tốc độ
quay của động cơ (M

↑↓ ω

).

Nhận xét:
25