Báo cáo khoa học: "Xây dựng đặc tính cơ giới của động cơ điện kéo bằng phương pháp lý thuyết" ppt

CT

2

Xây dựng đặc tính cơ giới của động cơ điện kéo
bằng phương pháp lý thuyết


TS. đỗ việt dũng
Bộ môn Đầu máy – Toa xe
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Đường đặc tính cơ giới M = f(n
Đ
) của động cơ điện kéo, được xây dựng từ đặc tính cơ
điện n = f(I) và mô men M = f(I), là một trong các đặc tính làm việc chủ yếu, quyết định dạng của đặc
tính sức kéo đầu máy diesel. Để có thể xác định đặc tính cơ M = f(n
Đ
) cho động cơ điện kéo khi không có
điều kiện thí nghiệm, nhất thiết phải thiết lập được đặc tính cơ điện và đặc tính mô men bằng phương
pháp lý thuyết. Nội dung bài báo trình bày cơ sở của phương pháp xây dựng đặc tính và kết quả thu được
khi tính toán lý thuyết đặc tính cơ giới cho động cơ điện kéo TEO-15B trên đầu máy D12E.
Summary: Mechanic property curve M = f(n
i
) of traction electric motors is built from electro-
mechanic property curve n = f(I) and moment M = f|I, which is one of main working properties,
determining traction property curve for diesel locomotives. In order to specify a mechanic property curve
M = f(n
i

) for traction electric motors when condition for experiments is not available, it is necessarily to
build electro-mechanic property and moment property by theoretical methods. This paper presents a
basis of the property curve building method and the outcomes as a result of theoretical calculation of the
mechanic property curve for Traction Electric Motor TEO - 15B in Diesel Locomotive D12E.





i. Đặt vấn đề
Đường đặc tính cơ giới (hay đặc tính cơ) biểu diễn mối quan hệ giữa mô men với tốc độ
quay trên trục động cơ điện kéo (ĐCĐK) M = f(n). Dạng của đặc tính cơ của ĐCĐK hoàn toàn
đồng dạng với đặc tính sức kéo, vì vậy, nó có ảnh hưởng rất quan trọng đến tính năng và các
chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của đầu máy. Đặc tính cơ hoàn toàn được thiết lập từ hai đặc tính cơ
điện n = f(I) và đặc tính mô men M = f(I) của ĐCĐK. Nội dung bài báo đã đăng [1] giới thiệu
phương pháp lý thuyết xây dựng đặc tính n = f(I) cho ĐCĐK. Để xây dựng được đặc tính cơ
giới, còn cần phải thiết lập được đặc tính mô men M = f(I) biểu diễn mối quan hệ giữa mô men
trên trục ĐCĐK với dòng điện kéo. Từ hai đặc tính đã có, hoàn toàn có thể xây dựng được đặc
tính M = f(n) cho ĐCĐK. Trên cơ sở đã thiết lập được đặc tính từ hoá của mạch từ hoá của các
ĐCĐK cụ thể [1] và các tham số kết cấu và thông số kỹ thuật của chúng, sử dụng phương pháp
tính toán bằng lý thuyết, chúng ta có thể xây dựng được đặc tính mô men và từ đó thiết lập
được quan hệ của đặc tính cơ cần tìm.


CT

2

ii. Phương pháp chung xây dựng đặc tính mô men M = f(I) [1], [2], [3]
Với ĐCĐK một chiều kích từ nối tiếp, trong điều kiện không có bệ thử chuyên dùng để thử

nghiệm, đo đạc xây dựng các đặc tính, với độ chính xác chấp nhận được, ta có thể từ các
thông số kết cấu và các thông số kỹ thuật cơ bản để xác định đặc tính mô men M = f(I
Đ
). Khi đó,
kết hợp với đặc tính cơ điện n = f(I
Đ
) đã thiết lập được, xây dựng đặc tính cơ giới M = f(n) cần
tìm. Tương tự như quá trình xây dựng đặc tính cơ điện [1], các bước tính toán lý thuyết xây
dựng đặc tính mô men cụ thể như sau:
2.1. Xây dựng đường cong từ hoá ễ = f( I
kt
)
Cũng như đặc tính cơ điện, để xây dựng đặc tính mô men của ĐCĐK, trước tiên cần xây
dựng đường cong từ hoá ễ = f( I
kt
) của vật liệu dẫn từ động cơ (với I
kt
: là dòng điện kích từ vào
cuộn kích thích W
kt
của ĐCĐK).
Quá trình tính toán đã được giới thiệu trong [1]. Với kết cấu của ĐCĐK cụ thể, xác định
mặt cắt của các bộ phận dẫn từ, chiều dài đường sức, xác định giá trị của mật độ từ thông và
sức từ động cần thiết F
kto
=  I
kt
.W
kt
. Từ kết quả tính toán ta có thể xây dựng được đường

cong từ hoá ễ = f(I
kt
) (hình 1).
2.2. Xây dựng đường đặc tính mô men
M = f(I
Đ
) cho ĐCĐK
Đường đặc tính mô men của ĐCĐK một
chiều kích từ nối tiếp M = f(I
Đ
) thường được xác
định dựa vào biểu thức (1): [2]
M= K
M
. ễ.I
Đ
[N.m] (1)
trong đó:
M- trị số mô men điện từ trên trục ĐCĐK
[N.m]
I
Đ
- dòng điện phần ứng của ĐCĐK (A)
c
 - trị số từ thông chính của ĐCĐK (Wb)
K
M
– hệ số kết cấu của máy điện khi tính mô men
trong đó: K
M

=
a2
pN

(2)
Với: p - số đôi cực từ ; N - số thanh dẫn phần ứng ; a - số đôi mạch nhánh song song.
Do quan hệ giữa từ trường chính của ĐCĐK
c
 với dòng điện kéo I
Đ
= I
kt
, là quan hệ tỷ lệ
(khi mạch từ chưa bão hoà), nên dạng đặc tính mô men điện từ M = f(I
Đ
) của ĐCĐK một chiều
kích từ nối tiếp có dạng là đường parabol [2], [3]. Khi đã thiết lập được đường cong từ hoá, ta
hoàn toàn có thể xác định được quan hệ của mô men điện từ trên trục ĐCĐK với dòng điện kéo
theo các bước sau:
- Chọn các dòng điện phụ tải khác nhau;

Hình 1. Đặc tính từ hoá (không tải) của ĐCĐK



CT

2

- T ng c tớnh t hoỏ = f( I

kt
) ó thit lp, xỏc nh cỏc giỏ tr t thụng tng ng
vi dũng in kộo;
- Lp bng giỏ tr tớnh cỏc giỏ tr tng ng vi cỏc im to ca ng cong c
tớnh mụ men M = f(I) theo biu thc (1), (2).
ng c tớnh mụ men M = f(I) nhn c sau
khi xõy dng cú dng l ng parabol (hỡnh 2).
2.3. Xõy dng ng c tớnh c M = f(n)
cho CK
T c tớnh t hoỏ = f( I
kt
), c tớnh c in
n = f(I) tng ng vi giỏ tr bin thiờn ca in ỏp
mỏy phỏt in kộo u mỏy (c tớnh ngoi U
F
=
f(I
F
)) cp cho CK v c tớnh mụ men M = f(I)
(hỡnh 2), ta cú th xõy dng c c tớnh c M =
f(n) bng phng phỏp th [4] hoc ng dng
mỏy tớnh in t thit lp c tớnh bng phng
phỏp gii tớch.
Thut toỏn chng trỡnh thit lp c tớnh M = f(n) bng gii tớch khi ó cú cỏc tham s kt
cu xỏc nh ng cong t hoỏ, c trỡnh by trờn hỡnh 3. T thut toỏn ó cú, thit lp
chng trỡnh tớnh toỏn trờn mỏy tớnh in t, ng vi mt b T c th, nhp s liu vo
chng trỡnh vi c tớnh iu chnh ca MFK U
F
= f(I
F

) di dng bng s v thụng s kt
cu c th ca CK, ta thu c dng c tớnh c M = f(n) cụng sut ton ti nh trờn hỡnh
4.
iii. Xõy dng c tớnh c M = f(n) cho
CK u mỏy D12E [5]
ng c in kộo ca u mỏy D12E l
loi ng c in mt chiu kớch t ni tip ký
hiu TEO 15B. Kt cu ca CK TEO 15B
c th hin trờn hỡnh 5.
Dac tinh toc do va mo men
0
100
200
300
400
500
600
700
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
I
M,n
M=f(I)
n=f(I)
Dac tinh toc do va mo men
0
100
200
300
400
500

600
700
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
I
M,n
M=f(I)
n=f(I)

Hỡnh 2. ng c tớnh mụ men v tc

ca CK u mỏy D12E
Bắt đầu
Tính

đm
Tính K
M
Tính
K
e
Lập dãy giá trị

ci
(i=1-n)
Tính
B
i
(I
KTi
)

Nhập dữ liệu ĐCĐK
(Thông số kỹ thuật, kết cấu )
Tính F
i
(I
KTi
)
Tính F
i
(I
KTi
)
Đặc tính từ hoá

c =f(
I
KTi
)=f(I
i
)
Tính
I
KTi
Tính
I
KTi
Đặc tính cơ điện n =f(
I
i
)

Đặc tính mô men M =f(
I
i
)
Đặc tính cơ M =f(n
i
)
i=n
i=1
In đặc tính
Đ
i= i+1
S
Kết thúc

Hỡnh 3. Lu tớnh toỏn thit lp c tớnh c cho CK

Dac tinh co DCDK TEO15B
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550

600
650
700
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
n(v/p)
M (Nm)

Hỡnh 4. ng c tớnh c M =

(n)

ca CK TEO 15B


CT

2

Để xây dựng đường đặc tính n = f(I) hoặc V
K
= f(I) cho ĐCĐK, từ đặc tính ngoài của máy
phát điện kéo U
F
= f(I
F
) ứng với tay máy số 9
và các tham số kỹ thuật của ĐCĐK TEO
15B, áp dụng phương pháp và các biểu
thức tính toán đã nêu, thiết lập chương trình
tính theo các thuật toán của phương pháp

(hình 3) tính toán mạch từ, xác định đặc tính
từ hoá, tốc độ vòng quay ĐCĐK n
đ
, vẽ các
đặc tính theo kết quả tính toán. Các kết quả
tính được trình bày trên bảng kết quả,
đường cong từ hoá xác định được thể hiện
trên hình 1, đặc tính cơ điện, đặc tính mô
men và đặc tính cơ thể hiện trên hình 2 và
4.
Bảng kết quả tính toán xây dựng đặc tính cơ M = f(n) cho ĐCĐK TEO 15B
TT
Thông
số
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 I (A) 55 110 165 220 275 330 385 440 495 550 605 660 715 770 825 880
2 n(v/ph)

603.7 182.7 91.1 56.3 39.2 29.4 23.3 19.1 16.2 13.9 12.2 10.8 9.6 8.5 7.6 6.7
3 M(N/m)

174.99

212.74

240.01

265.52

291.49

318.78 347.82

378.77 411.64

446.29 482.07

518.55

554.69

589.22

620.64

647.32

iv. Kết luận
Bằng phương pháp lý thuyết, dựa trên các tham số kết cấu của máy điện kéo trên đầu
máy cụ thể, nội dung bài báo đã đưa ra phương pháp và thiết lập chương trình tính để xây
dựng đặc tính cơ M = f(n) cho đầu máy diesel nói chung và tính cụ thể cho đầu máy D12E. Từ
kết quả thu được, kết hợp với các thông số kết cấu của đầu máy, hoàn toàn có thể thiết lập các
đặc tính sức kéo khi toàn tải của đầu máy D12E với độ chính xác cao phù hợp với đặc tính làm
việc của ĐCĐK cụ thể của đầu máy.
Mặt khác, khi có đầy đủ các đặc tính làm việc của máy phát điện kéo ở các phụ tải bộ
phận, trên cơ sở các thông số kết cấu cụ thể của đầu máy và sử dụng phương pháp, thuật toán
đã trình bày, hoàn toàn có khả năng xây dựng họ đặc tính sức kéo toàn tải và cho từng mức
công suất cho đầu máy.

Tài liệu tham khảo

[1]. Đỗ Việt Dũng, (8.2006). Phương pháp xây dựng đặc tính cơ điện cho động cơ điện kéo đầu máy
diesel, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, Trường Đại học Giao Thông Vận tải, Số 14.
[2]. Đỗ Việt Dũng, Lại Ngọc Đường, Trương Duy Phúc (1996). Truyền động đầu máy diesel. Giáo trình
giảng dạy đại học, Trường ĐHGTVT.
[3]. A.V.Ivanov Smolenski –1992- Vũ Gia Hanh, Phan Tử Thụ (biên dịch). Máy điện quyển 2, 3. Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật.
[4]. Lại Ngọc Đường, Đỗ Việt Dũng (11.1997). Phương pháp xây dựng họ đặc tính sức kéo đầu máy
diesel truyền động điện khai thác trên đường sắt Việt nam. Tạp chí Giao thông Vận tải, Bộ Giao Thông
Vận tải.
Ø
460
Ø
45 3
Ø
343
Ø
335
Ø
460
Ø
45 3
Ø
343
Ø
335

Hình 5. Kết cấu ĐCĐK TEO 15B trên đầu máy D12E

CT

2

[5]. Hướng dẫn sử dụng đầu máy D12E – năm 1988. Tổng cục Đường sắt