Bài giảng tự động điều chỉnh tốc độ của động cơ

Chương 9

TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH
TỐC ĐỘ QUAY CỦA ĐỘNG CƠ
Nội dung :

*
*
*
*
*

Tính ổn đònh tốc độ quay của động cơ (lý do cần lắp bộ điều tốc)
Những điều kiện làm việc cần lắp bộ điều tốc
Các loại điều tốc
Đặc tính của bộ điều tốc
Độ không nhậy của bộ điều tốc


9.1. Tính ổn đònh tốc độ quay của động cơ
Trong quá trình khai thác chế độ làm việc ổn đònh của động cơ luôn bò phá vỡ do tải thường thay đổi đột ngột.
Khi thay đổi tải, tốc độ của động cơ bò thay đổi theo nếu không có cơ cấu tự điều chỉnh. Bánh đà không có khả
năng điều chỉnh những thay đổi lớn về tải.
Muốn cho tốc độ động cơ không thay đổi cần phải có cơ cấu hoặc hệ thống làm nhiệm vụ điều chỉnh lượng
nhiên liệu cung cấp cho chu trình một cách tự động (bộ điều tốc).
Có nhiều kiểu điều tốc, sử dụng kiểu nào là do tính chất sử dụng của động cơ và cấu trúc của hệ thống nhiên
liệu.
Khi không có bộ điều tốc, tính ổn đònh tốc độ của động cơ tuỳ thuộc vào đường đặc tính của bản thân động cơ.
Ta xét hai trường hợp sau:

a. Động cơ có đường mô men cản (Mc) dốc hơn đường mô men (Me)
Mc

Me

Me

γ

Me

1

Mc

Ngược lại vì lý do gì đó tốc độ
đông cơ giảm xuống
n”1,,
Khi ấy Me > Mc,
nên tốc
độ quay của
động cơ tăng
trở lại.

Mc

Mc

Me Mc
Nếu tăng tốc độ động cơ đến

n’1 sẽ làm tăng Mc và Me,
nhưng lúc này Me <
Mc, nên
tốc độ quay
của động cơ
giảm và tự
động trở về vò
trí cũ.

n”1

n1

n’1

V/ph

Góc tạo bởi tiếp tuyến giữ hai đường cong mô men càng lớn sự tự
điều chỉnh càng cao.


b. Động cơ có đường mô men (Me) dốc hơn đường mô men cản (Mc)
Mc (N.m)

 Mc

Me
 Me

Nếu tăng tốc độ động cơ đến n’1

sẽ làm tăng Mc và Me,
nhưng
lúc này Mc < Me,
nên tốc
độ quay của động
cơ
không giảm mà tiếp
tục tăng.

Me
Mc

1

Ngược lại vì lý do gì đó tốc độ đ
ông cơ giảm xuống n”1,, Khi ấy
Mc > Me, nên tốc
độ quay
của động cơ tiếp tục giảm

n, vg/ph
n 1”

n1

n 1’

Ở trường hợp này nếu không có cơ cấu điều chỉnh tốc độ động cơ không thể ổn
đònh (cần có bộ điều tốc).

Mc

Mc (N.m)

Me,

 Mc

 Me

γ

Mc

1

 Mc

1

Me

Me
 Me

Mc

Mc

Me,

n, vg/ph
n”1

n1

n’1

Chế độ làm việc ổn đònh

V/ph

n1”

n1

n 1’

Chế độ làm việc không
ổn đònhổn đònh


c. Nhân tố đánh giá tính ổn đònh của động cơ
Nhân tố đánh giá tính ổn đònh của động cơ Fđ . Trong phạm vi biến đổi nhỏ của tốc độ góc, Fđ được tính:

dM c dM e
Fđ =
−
dω

dω
Phương pháp này dùng tiếp tuyến thay cho đoạn cong của đường đặc tính
nên gọi là PP tuyến tính hoá đường đặc tính.
Nhân tố đánh giá tính ổn đònh có thể dương hay âm.
- Fđ > 0

chế độ làm việc của động cơ ổn đònh

- Fđ < 0

chế độ làm việc của động cơ không ổn đònh.


9.2. Những điều kiện làm việc cần lắp bộ điều tốc cho động cơ
Các động cơ yêu cầu cần phải làm việc ở chế độ tốc độ quay không đổi (lai máy phát điện, ghép tải song song) hoặc với động
cơ làm việc ở chế độ dễ vượt quá tốc độ giới hạn (gây hư hỏng, giảm tuổi thọ, rung động,...), cần lắp BĐT.
Động cơ đi ê zen là loại động cơ làm việc không ổn đònh, rất nhạy cảm với chế độ tốc độ (nếu vượt quá tốc độ cho phép thì
ảnh hưởng chất lượng chu trình), cần lắp BĐT.
Ở động cơ xăng ít nhạy cảm với chế độ tốc độ.
Động cơ cụ thể làm ở các chế độ sau đây cần có bộ điều tốc:

a.
b.
c.
d.

Động cơ chạy ở chế độ không tải
Động cơ lai chân vòt tàu thuỷ
Động cơ làm việc trong điều kiện tónh tại.
Các động cơ lắp trên phương tiện vận tải.

9.2.1. Động cơ chạy ở chế độ không tải
a.
b.

Khi động cơ chạy ở chế độ không tải, công suất của động cơ phát ra dùng để khắc phục sức cản cơ giới (pi =
pm). Trường hợp này động cơ có chế độ làm việc không ổn đònh gây nhiều bất lợi (có thể chết máy hoặc vù ga)
Do vậy khi chạy không tải cần giữ ở tốc độ thấp nhất để:

a. Tiết kiệm nhiên liệu
b. Giảm mài mòn các chi tiết do ma sát.
Muốn duy trì được ở chế độ tốc độ thấp phải có bộ điều tốc.
Động cơ xăng và đi ê zen có đường đặc tính khác biệt nên ở chế độ không tải độâng cơ đi ê zen cần có bộ điều tốc.


a)

Pi

b)

Pm

Pi

Pm

Pi

c

Pi

b’

b’
a’

b

1

b”

Pm

b

Pm

1

a’

b”

a
a

a”

a”

d

n”KT

nKT

Động cơ Diesel

n’KT

n,vg/ph

n’KT nKT n”KT

Động cơ có bướm ga

n,vg/ph


8.2.1a. Chế độ làm việc không tải của độâng cơ đi ê zen
Đặc điểm biến thiên pi chủ yếu phụ thuộc vào đặc tính của bơm cao áp.
Khi giữ tay thước nhiên liệu ở vò trí nào đó, thì gct sẽ tăng lên khi
tăng tốc độ quay và gct sẽ giảm khi giảm tốc độ quay.

Pi

Pi

c

Do đó khi n tăng thường làm cho pi tăng nhanh hơn pm nên động cơ bò
vù ga. Còn khi n giảm thì pi giảm nhanh hơn pm nên động cơ bò
chết máy.

Muốn chống lại hiện tượng vù ga hay chết máy phải có cơ cấu điều
chỉnh và khi đó động cơ sẽ làm việc với đặc tính điều chỉnh (cd).

a)

Pm

b’
b
a’

1

b”

Pm

a
a”
d

n”KT

nKT

n’KT

n,vg/ph


8.2.1b. Chế độ làm việc không tải của động cơ xăng (có bướm gió)

Pi

*

Pm
Pi

b’
b

Pm

*

Ở chế độ không tải động cơ xăng làm việc rất ổn đònh. (khi
tăng n hệ số nạp giảm do tăng sưc cản nạp nên pi giảm
nhanh hơn pm)

Khi tăng tốc độ quay làm cho pm lớn hơn pi càng nhiều, có
tác dụng kéo động cơ về tốc độ ban đầu.

b”
a’

*

a
a”

n’KT nKT n”KT

n,vg/ph

Khi tốc độ quay giảm quá trình ngược lại.



9.2.2. Động cơ quay chân vòt
*
*
*

Đường đặc tính chân vòt là đường parapon
bậc 3, thể hiện biến thiên công suất cần thiết
để quay chân vòt khi thay đổi tốc độ quay.
Đường đặc tính chân vòt cắt đường đặc tính
ngoài ở vò trí 1 (một) và cắt đường đặc tính
bộ phận của động cơ tại các vò trí 2,3,4,5,6,7.
Trong phạm vi tốc độ quay từ nn đến n6 động
cơ làm việc rất ổn đònh.

9.2.2. Động cơ quay chân vòt
*
*
*
*
*

Ở vò trí 6 động cơ hồi phục tốc độ chậm do chênh
lệch Nc và Ne nhỏ.
Dưới tốc độ n6 động cơ không ổn đònh.
Ở vò trí 7 muốn cho động cơ làm việc ổn đònh
thường xuyên phải điều chỉnh lượng nhiên liệu
cung cấp cho chu trình.
Để có thể làm việc ở tốc độ thấp hơn phải có cơ
cấu điều chỉnh nhiên liệu.
Khi chân vòt nhô lên khỏi mặt nước, hoặc gãy
cánh thì n sẽ vượt quá giới hạn cho phép nên cũng
cần có bộ điều tốc.


9.2.3. Động cơ làm việc trong điều kiện tónh tại
Động cơ làm việc trong điều kiện tónh tại thì các trường hợp sau cần phải có bộ điều tốc:

–

Động cơ yêu cầu phải ổn đònh ở tốc độ nhất đònh như động cơ lai
máy phát điện và các yêu cầu khác.

–

Động cơ ghép tải song song.

–

Động cơ yêu cầu phải điều chỉnh tốc độ rất tỉ mỉ, không cho phép
có sự sai khác.


9.3. Phân loại các bộ điều tốc
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Chia theo nguyên tắc làm việc của phần tử cảm ứng (có BĐT cơ giới, thuỷ lực, chân không, điện tử …)
Chia theo công dụng (có BĐT một chế độ, hai chế độ, đa chế độ)
Theo phương pháp truyền năng lượng từ cảm ứng đến cơ cấu điều khiển (có BĐT điều tốc trực tiếp, gián tiếp)
Theo sai số tónh của bộ điều tốc (có BĐT có sai số tónh và không có sai số tónh)
Theo cấu tạo (có BĐT độc lập hay nằm trong cụm bơm cao áp…)
Theo chiều quay ( có BĐT quay hai chiều và quay một chiều)


a. Bộ điều tốc cảm ứng cơ giới
Bộ phận cảm ứng có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu và biến nó
thành tín hiệu điều khiển
Cấu tạo đa dạng

Nguyên lý làm việc bộ điều tốc cơ giới
Các phần tử cảm ứng của bộ
điều tốc cơ giới.
1- lò xo có thể đặt trong hoặïc ngoài
khớp trượt; 2- khớp trượt; 3- quả
văng là những viên bi ở giữa rãnh
chữ thập, bò kẹp giữa hai đóa; 4cần nối; 5- đóa phẳng di động dọc
trục được; 6- ty trượt; 7- đóa côn
gắn với trục quay của bộ điều tốc;
8- tay đòn; 9- thanh kéo.

* Khi tăng tốc độ của động cơ dưới tác dụng của lực li tâm các quả
văng sẽ đẩy đóa động cùng ống trượt về phía trái, kéo căng lò so 1 và
kéo tay thước điều chỉnh giảm nhiên liệu.
* Khi tốc độ giảm quá trình tác động theo chiều ngược lại.


Nguyên lý làm việc của
bộ điều tốc cơ giới
* Hình dạng của quả văng
phụ thuộc vào kích thước của
bộ điều tốc và khối lượng cần
thiết của quả văng.
* Trong các bộ điều tốc trực
tiếp, làm việc ở tốc độ quay
lớn, và không bò hạn chế về
kích thước hoăïc các bộ điều
tốc gián tiếp không yêu cầu

quả văng có khối lượng lớn,
quả văng thường có dạng hình
cầu.

1- lò xo; 2-khớp trượt; 3- quả văng;
4- cần nối; 5- đóa phẳng; 6- ty trượt;
7- đóa côn; 8- tay đòn; 9- thanh
kéo.


Các phần tử cảm ứng của bộ điều tốc cơ giới
Hoặc có dạng một ê cu
kèm một ê cu hãm, lắp trên
tay đòn chữ L. Bản thân
quả văng có thể dòch
chuển theo ren qua đó có
thể điều chỉnh phụ đối với
bộ điều tốc.
Đối với bộ điều tốc trực
tiếp, đòi hỏi quả văng có
khối lượng lớn phải dùng
quả văng có hình dạng
phức tạp.


Các phần tử cảm ứng
của bộ điều tốc cơ giới
Các phần tử cảm
ứng của bộ điều tốc
1- lò xo; 2- khớp trượt;

3- quả văng; 4- cần
nối; 5- đóa phẳng; 6- ty
trượt; 7- đóa côn; 8- tay
đòn; 9- thanh kéo.

* Đây là dạng quả văng hay được dùng trong thực tế. Khi tốc
độ của động cơ thay đổi quả văng 3 sẽ chuyển dòch theo hướng
kính khắc phục lực ép của lò xo 1.
Chuyển động của quả văng thông qua tay đòn 8 kéo khớp
*
trượt điều chỉnh tay thước nhiên liệu theo yêu cầu.


Các phần tử
cảm ứng của bộ
điều tốc cơ giới

1- lò xo;
3- quả văng;
6- ty trượt;


b. Bộ điều tốc cảm ứng chân không
*
*

*

Không gian bên trong hộp 3 được nối với họng của
đường ống nạp 1 bằng ống 2.

Tăng tốc độ của động cơ làm tăng độ chân không trong
ống nạp và không gian trong hộp 3, làm biến dạng
màng 5 và lò xo 4, có tác dụng giảm nhiên liệu.

Khi giảm tốc độ quá trình diễn ra ngược lại.

1. Đường ống nạp; 2. Ống nối giữa
đường ống nạp; 3. Hộp cảm biến; 4.
Lò xo; 5. Màng cảm biến; 6. Thanh
kéo nối với thước nhiên liệu


c. Bộ điều tốc cảm ứng thuỷ lực
*

*

*

1. Lò xo; 2. Pít tông; 3. Xi
lanh; 4. Bơm dầu nhờn; 5. Van
tiết lưu; 6. Hộp chứa dầu; 7. Cân
nối với tay thước nhiên liệu.

Dầu nhờn từ bơm 4 nhờ dẫn động từ trục động cơ, một
phần đi vào xi lanh 3, một phần qua van tiết lưu 5 trở về
bình chứa.

Nếu tăng tốc độ quay làm tăng lượng dầu và áp suất

trong xi lanh 3 sẽ tăng, ép lò xo 1 và đẩy cần 7 đến điều
chỉnh lượng nhiên liệu để giảm tốc độ.

Khi tốc độ giảm quá trình theo trình tự ngược lại.


d. Bộ điều tốc hai xung
*
*
*
*
*

*
*

Bộ điều tốc thường có thêm bộ cảm ứng trong hệ thống điều
chỉnh.
Bộ cảm biến này có phản ứng với sự biến đổi của các thông số
khác ngoài tốc độ (phụ tải,…).
Phần lớn xung phụ tải là do cảm ứng điện sinh ra.
Xung phụ tải được truyền từ phần tử cảm ứng 2 qua xi lanh
giảm rung 3 đến cơ cấu điều khiển nhiên liệu 5, trước khi thay
đổi tốc độ quay.
Nhờ lò xo giảm rung 4 xi lanh giảm rung dần trở về vò trí ban
đầu.
Động cơ chạy ở chế độ ổn đònh, vò trí của điểm B chỉ phụ
thuộc vào bộ cảm ứng 1.

1. Cảm ứng chính; 2. Cảm ứng

phụ; 3. Xi lanh giảm rung; 4. Lò
xo đỡ xi lanh giảm rung; 5. Cơ
cấu điều chỉnh nhiên liệu;