Tài liệu Tổng quan về các hệ truyền động một chiều docx

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG MỘT CHIỀU



CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ TRUYỀN
ĐỘNG MỘT CHIỀU
I. Đăc tính cơ của động cơ điện một chiều
I.1. Khái quát về động cơ điện một chiều
Hiện nay, trong công nghiệp đều đang sử dụng điện xoay chiều là
chủ yếu vì kết cấu đơn giản, giá thành hạ. Tuy nhiên nhược điểm là
không dùng được những phương pháp và thiết bị đơn giản để điều
chỉnh tốc độ
trong phạm vi rộng và bằng phẳng hơn nữa tiêu thụ công
suất lại lớn làm hệ số cosФ của lưới điện thấp. Trong khi động cơ điện
một chiều thể hiện tính ưu việt của nó hơn hẳn. Do đó, máy điện hiện
đại đòi hỏi yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cơ cấu nâng hạ, c
ầu
trục, cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…sẽ sử dụng động cơ điện
một chiều.
Động cơ điện 1 chiều gồm:
Động cơ điện một chiều kích từ động lập và kích từ song song.
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn h
ợp
I.2. Khái niệm về đặc tính cơ
Đặc tính cơ của động cơ điện là mối quan hệ giữa tốc độ và mômen
của động cơ: ω = f(M). Phân loại:
* Ta có đặc tính cơ tự nhiên nếu động cơ vận hành ở chế độ định
mức (điện áp, tần số, từ thông định mức, và không nối thêm điện trở,
điện kháng vào động cơ

), trên đặc tính cơ tự nhiên ta có điểm làm việc
định mức có giá trị M
đm
, ω
đm

* Ta có đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi các tham số nguồn hoặc
nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ (U
≠ U
đm
hoặc Rp
≠ 0
hoặc Φ ≠ Φ
đm
)
Để đánh giá và so sánh đặc tính cơ ta có khái niệm độ cứng đặc
tính cơ β đợc tính bằng sai lệch ΔM so với Δω
β =
ω
Δ
ΔM

- Đặc tính cơ tuyệt đối cứng β = ∞: Khi mômen thay đổi thì tốc độ
không thay đổi, có ở động cơ điện xoay chiều đồng bộ.
- Đặc tính cơ cứng β lớn: Khi mômen thay đổi thì tốc độ ít thay
đổi, có ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG MỘT CHIỀU

- Đặc tính cơ mềm β nhỏ: Khi mômen thay đổi thì tốc độ thay đổi
nhiều, có ở động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.










H.1.1. Độ cứng đặc tính cơ
Trong đó: (1): đặc tính cơ tuyệt đối cứng, (2): đặc tính cơ cứng,
(3): đặc tính cơ mềm.
Với động cơ điện một chiều, ngoài đặc tính cơ ta còn dùng đặc tính
cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện: ω = f(I).
Tốc độ cơ bản của động cơ điện một chiều kích từ độc lập và h
ỗn
hợp là tốc độ không tải lí tởng ω
0
, với động cơ kích từ nối tiếp là ω
đm
.
Trị số điện trở cơ bản: R
R=
dm
dm
I
U

I.3. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
Nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không
đổi khi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc
này động cơ gọi là động cơ kích từ song song.







*Sơ đồ nguyên lí:
®−êng3
®−êng2
®−êng1
ω
Δω
2
Δω
1
M
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG MỘT CHIỀU

Hình 1.2. Động cơ một chiều kích từ Hình 1.3. Động cơ một chiều kích từ
song song độc lập
Trong sơ đồ :
Đ: động cơ
R
f
, R
kt
: điện trở phụ phần ứng động cơ, điện trở kích từ
U
ư
, U
kt
: điện áp phần ứng, điện trở kích từ
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện
phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với
nhau, lúc này động cơ gọi là động cơ kích từ độc lập.
I.3.1. Phương trình đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ
độc
lập
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch kích
từ và mạch phần ứng được mắc vào hai nguồn điện một chiều độc lập
với nhau khi đó ta có động cơ kích từ độc lập.
Đặc tính cơ được biểu thị bằng mối quan hệ giữa tốc độ quay và
mômen n = f(M).
Theo sơ đồ H.1.2 va H.1.3, có thể viết phương trình cân bằng điệ
n
áp như sau:

U

= E

+ (R +R
f
)I ( 1.1)
Trong đo: +U :điện áp phần ứng, V
+E :sức điện động phần ứng, V
+R :điện trở phần ứng, Ω
+R
f
:điện trở trong mạch phần ứng, Ω
+I :dòng điện mạch phần ứng, A.
Mặt khác, sức điện động phần ứng động cơ đợc xác định theo biểu
thức sau:
§
CKT
R
kt
U
ö
I
kt
I
R
f
§
R
f

R
kt
CKT
U
kt
U
ö
I
I
kt
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG MỘT CHIỀU



E =
a
pN
Π2
 (1.2)
Trong đó: +p : số đôi cực từ chính
+N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
+a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần
ứng
+Φ: từ thông kích từ dưới một cực từ, W
b

+ω: tốc độ góc, rad/s
K=
a
pN

Π2
:hệ số cấu tạo của động cơ
(1.1) và (1.2) => KΦω = U –I.(R+ R
f
) ta suy ra :
Phương trình đặc tính cơ điện: ω = f(I)
ω = - I
ư
(1.3)
Mặt khác, mômen điện từ của động cơ được xác định bởi:
M
đt
= K.Φ. I. (1.4)
=> I

=
ΦK
M
dt

Phương trình đặc tính cơ: ω = f(M)
ω = - M
đt
(1.5)


Dạng đồ thị:

Điện áp phần ứng đợc bù đủ, từ thông Φ = const, thì phương trình
đặc tính cơ (điện) là tuyến tính. Đồ thị là những đường thẳng.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG MỘT CHIỀU





Hình 1.4. Đặc tính cơ của
động cơ điện một chiều kích từ
độc lập

Hình 1.5. Đặc tính cơ điện của
động cơ điện một chiều kích từ độc
lập

Từ đồ thị trên ta thấy :
Khi I
ư
= 0 (M = 0) => ω = ω
0
( ω
0
: tốc độ không tải lý tưởng của
động cơ )
Khi ω
0
= 0 => I
ư
= I

nm
,
Và M =

KΦI
nm
,
I
nm
, M
nm
gọi là dòng điện ngắn mạch và
mômen ngắn mạch
Phơng trình đặc tính (1.5) đợc viết ở dạng:
ω = ω
0
– Δω (1.6)
(Δω = M
đt
:thông số đánh giá về độ cứng của đặc tính cơ )

H.1.6. Độ sụt tốc độ ứng với giá trị của mômen

Nhận xét:

Δω

M
ω
ω
0
M
M
c
M
nm
ϖ
ϖ
®m
ϖ
0
ϖ
0
I
nm
I
c
I
ϖ
ϖ

®m
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG MỘT CHIỀU



- Khi mômen của phụ tải tăng từ 0 đến M
đm
thì tốc độ động cơ
giảm dần từ ω
0
về ω
đm

- Ứng dụng: trong động cơ tàu điện, máy mài…
I.3.2. Phương trình đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ nối
tiếp
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có kích từ mắc nối tiếp với
mạch phần ứng
Sơ đồ nguyên lí động cơ một chiều kích từ nối tiếp được vẽ trên
H1.7. Vì dòng kích từ cũng là dòng phần ứng nên từ thông của động cơ
biến đổi theo dòng điện phần ứng.
Phương trình đặc tính cơ (1.5) được viết ở
dạng:
- Phương trình đặc tính cơ:

M'.k.k
U
=ω

- Phương trình đặc tính cơ điện:

u
I'.k.k
U
=ω

Trong đó : k’ : hệ số tỉ lệ
Sơ đồ nguyên lý:


Hình 1.7. Động cơ một chiều kích từ nối tiếp


U
R
f
§
CKT
Ikt