Tài liệu Giáo trình truyền động điện tự động P5 pdf

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
2.4.4. Các đặc tính cơ khi hãm động cơ ĐK:
Động cơ điện ĐK cũng có ba trạng thái hãm: hãm tái sinh, hãm
ngợc và hãm động năng.
2.4.4.1. Hãm tái sinh:
Động cơ ĐK khi hãm tái sinh: >
o
, và có trả năng lợng về
lới.
Hãm tái sinh động cơ ĐK thờng xảy ra trong các trờng hợp
nh: có nguồn động lực quay rôto động cơ với tốc độ >
o
(nh hình
2-34a,b), hay khi giảm tốc độ động cơ bằng cách tăng số đôi cực (nh
hình 2-35a,b), hoặc khi động cơ truyền động cho tải có dạng thế năng
lúc hạ tải với || > |-
o
| bằng cách đảo 2 trong 3 pha stato của động cơ
(nh hình 2-6a,b).
a) Hãm tái sinh khi MSX trở thành nguồn động lực:
Trong quá trình làm việc, khi máy sản xuất (MSX) trở thành
nguồn động lực làm quay rôto động cơ với tốc độ >
0
, động cơ trở
thành máy phát phát năng lợng trả lại nguồn, hay gọi là hãm tái sinh,
hình 2-34.

Trang 70
Phơng trình đặc tính cơ trong trờng hợp này là:

s
s
s
s
M2
M
th
th
th
+
(2-83)
Với:
nm0
2
f1
th
nm
'
2
th
X2
U3

M v;
X
R
s



(2-84)
Và: >
0
; I

2
= I
hts
< 0 ; M = M
hts
< 0 (tại điểm B)
b) Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách tăng số đôi cực:
Động cơ đang làm việc ở điểm A, với p
1
, nếu ta tăng số đôi cực
lên p
2
> p
1
thì động cơ sẽ chuyển sang đặc tính có
2
và làm việc với
tốc độ >

2
, trở thành máy phát, hay là HTS, hình 2-35.










Phơng trình đặc tính cơ trong trờng hợp này chỉ khác là:

2
1
0
2nm02
2
f1
th
2nm
'
2
th
p
f2
v;
X2
U3

M ;
X
R
s

=



; (2-85)
Và: >
02
; I

2
= I
hts
< 0 ; M = M
hts
< 0 (đoạn B
02
)
Trang 71
ĐK
~
R
2f
a)
Hình 2-34: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi hãm tái sinh (HTS)
b) Đặc tính hãm tái sinh khi: >

MSX


0

M
hts
0 M
B (m/f)
A(đ/c)
M
c
()
b)
HTS
Hình 2-35: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi HTS bằng cách tăng p
b) Đặc tính HTS khi thay đổi số đôi cực: p
2
> p
1
.


01
M
hts
0 M
c
M
B(m/f)

A
b)
C
p
1
< p
2

02
(đ/c)
~
ĐK
MSX
HTS
R
2f
a)
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
c) Hãm tái sinh khi đảo chiều từ trờng stato động cơ:
Động cơ đang làm việc ở chế độ động cơ (điểm A), nếu ta đảo
chiều từ trờng stato, hay đảo 2 trong 3 pha stato động cơ (hay đảo thứ
tự pha điện áp stato động cơ), với phụ tải là thế năng, động cơ sẽ đảo
chiều quay và làm việc ở chế độ máy phát (hay hãm tái sinh, điểm D),
nh trên hình 2-36. Nh vậy khi hạ hàng ta có thể cho động cơ làm
việc ở chế độ máy phát, đồng thời tạo ra mômen hãm để cho động cơ
hạ hàng với tốc độ ổn định
D
.
Phơng trình đặc tính cơ trong trờng hợp này thay
0

bằng -
0
:

;
X)(2
U3
M ;
X
R
s
nm0
2
f1
th
nm
'
2
th



(2-86)
Và : |
0
| > |-
0
| , M = M
hts
(điểm D, hạ tải ở chế độ HTS).

Trang 72
2.4.4.2. Hãm ngợc động cơ ĐK:
Hãm ngợc là khi mômen hãm của động cơ ĐK ngợc chiều với
tốc độ quay (M ngợc chiều với
). Hãm ngợc có hai trờng hợp:
a) Hãm ngợc bằng cách đa điện trở phụ lớn vào mạch rôto:
Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đóng thêm điện trở hãm lớn
(R
hn>
= R
2f>
) vào mạch rôto, lúc này mômen động cơ giảm (M < M
c
)
nên động cơ bị giảm tốc độ do sức cản của tải. Động cơ sẽ chuyển
sang điểm B, rồi C và nếu tải là thế năng thì động cơ sẽ làm việc ổn

định ở điểm D (
D
=
ôđ
ngợc chiều với tốc độ tại điểm A) trên đặc
tính cơ có thêm điện trở hãm R
hn>
, và đoạn CD là đoạn hãm ngợc,
động cơ làm việc nh một máy phát nối tiếp với lới điện (hình 2-37).
Động cơ vừa tiêu thụ điện từ lới vứa sử dụng năng lợng thừa từ tải
để tạo ra mômen hãm.
Với:
nm0
2
f1
th
nm
'
f2
'
2
th
X2
U3
M v
;
X
RR
s

+

>
(2-87)











Trang 73
ĐK
~
R
2f>
a) b)


0

0 M
n
M
c

M
D
A (đ/c)
B
HN
R
2f>
C

ụ
Hình 2-37: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi hãm ngợc với R
2f>
.
b) Đặc tính hãm ngợc (HN) khi có: R
2f>
.

0

0 M
c
M
A (đ/c)
(1)
b)
~
MSX
ĐK
D(m/f)
(2)

-
0

R
2f
G
HTS
a)
Hình 2-36: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi HTS bằng cách
đảo 2 trong 3 pha stato động cơ ĐK
b) Đặc tính HTS đảo 2 trong 3 pha stato động cơ
(hay đảo thứ tự pha điện áp stato 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
b) Hãm ngợc bằng cách đảo chiều từ trờng stato:
Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều từ trờng stato
(đảo 2 trong 3 pha stato động cơ, hay đảo thứ tạ pha điện áp stato),
hình 2-38.
Khi đảo chiều vì dòng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ
vào để hạn chế không quá dòng cho phép I
đch
I
cp
, nên động cơ sẽ
chuyển sang điểm B, C và sẽ làm việc xác lập ở D nếu phụ tải ma sát,
còn nếu là phụ tảI thế năng thì động cơ sẽ làm việc xác lập ở điểm E.
Đoạn BC là đoạn hãm ngợc, lúc này dòng hãm và mômen hãm của
động cơ.
Với:
;
X)(2

U3
M ;
X
RR
s
nm0
2
f1
th
nm
'
f2
'
2
th


+
(2-88)

ls
0
0
>


= (2-89)

Trang 74
2.4.4.3.Hãm động năng động cơ ĐK:
Có hai trờng hợp hãm động năng động cơ ĐK:
a) Hãm động năng kích từ độc lập (HĐN KTĐL):

~









Động cơ đang làm việc với lới điện (điểm A), khi cắt stato
động cơ ĐK ra khỏi lới điện và đóng vào nguồn một chiều (U
1c
) độc
lập nh sơ đồ hình 2-39a.
Do động năng tích lũy trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay

và nó làm việc nh một máy phát cực ẩn có tốc độ và tần số thay đổi,
và phụ tải của nó là điện trở mạch rôto.
Khi cắt stato khỏi nguồn xoay chiều rồi đóng vào nguồn một
chiều thì dòng một chiều này sẽ sinh ra một từ trờng đứng yên so
với stato nh hình 2-39b. Rôto động cơ do quán tính vẫn quay theo
chiều cũ nên các thanh dẫn rôto sẽ cắt từ trờng đứng yên, do đó xuất
hiện trong chúng một sức điện động e
2
.
Vì rôto kín mạch nên e
2
lại sinh ra i
2
cùng chiều. Chiều của e
2
và
i
2
xác định theo qui tắc bàn tay phải: + khi e
2
có chiều đi vào và
là đi ra. Tơng tác giữa dòng i
2
và tạo nên sức từ động F có chiều
xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 2-39b).
Trang 75


0

0 M
c
M
A (đ/c)
b)
(1)
-
0

HN
D
ôđ
Hình 2-38: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi Hãm ngợc bằng cách
đảo 2 trong 3 pha stato động cơ ĐK
b) Đặc tính HN đảo chiều từ trờng stato ĐK
ĐK
~
R
2f
a)
MSX
B
C M

c
M
h.bđ
ĐK
R
2f

K
MSX
H
R
đch
+
-
U
1c
Hình 2-39: a)Sơ đồ nối dây ĐK khi HĐN KTĐL
b) Sơ đồ nguyên lý tạo mômen hãm HĐN KTĐL
+
+ +
+

F

M
h
e
2
R
i
2
F
b)
a)
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Chú ý rằng, trong trờng hợp hãm ngợc vì:
Lực F sinh ra mômen hãm M

h
có chiều ngợc với chiều quay
của rôto làm cho rôto quay chậm lai và sức điện động e
2
cũng giảm
dần.
* Để thành lập phơng trình đặc tính cơ của động cơ ĐK khi
hãm động năng ta thay thế một cách đẳng trị chế độ máy phát đồng bộ
có tần số thay đổi bằng chế độ động cơ không đồng bộ. Nghĩa là cuộn
dây stato thực tế đấu vào nguồn một chiều nhng ta coi nh đấu vào
nguồn xoay chiều.
Điều kiện đẳng trị ở đây là sức từ động do dòng điện một chiều
(F
mc
) và dòng điện xoay chiều đẳng trị (F
1
) sinh ra là nh nhau:
F
1
= F
mc
(2-90)
Sức từ động xoay chiều do dòng đẳng trị (I
1
) sinh ra là:

111
I.w.2
2
3

F = (2-91)
Sức từ động một chiều do dòng một chiều thực tế sinh ra phụ
thuộc vào cách đấu day của mạch stato khi hãm và biểu diễn tổng quát
nh sau:
F
mc
= a.w
1
.I
mc
(2-92)
Cân bằng (2-91) và (2-92) và rút ra:

mcmc
1
1
1
I.AI
w.2
2
3
w.a
I ==
(2-93)
Trong đó: a, A là các hệ số phụ thuộc sơ đồ nối mạch stato khi
hãm động năng nh bảng (2-2).
Ví dụ, theo bảng (2-2), sơ đồ nối dây và đồ thị vectơ (a):

mc1
o

1mcmc
I.w.330cosw.I2F == (2-94)
Trang 76
Và: a = 3 ;
3
2
A =

Đối với các sơ đồ đấu dây khác nhau của mạch stato, ta có thể
xác định hệ số A theo bảng 2-2.
Bảng 2-2
+ Sơ đồ đấu dây mạch stato và đồ thị véc tơ sức điện động:











Hệ số A: ;
32
1
:d) ;
3
2
:c) ;

2
2
:b) ;
3
2
:)a


Dựa vào sơ đồ thay thế một pha của động cơ trong chế độ hãm
động năng để xây dựng đặc tính cơ (hình 2-40).
ở chế độ động cơ ĐK thì điện áp đặt vào stato không đổi, đó là
nguồn áp, dòng từ hóa từ thông không đổi, còn dòng điện stato
I
à
I
1
, dòng điện stato I
2
biến đổi theo độ trợt s.
Trang 77
R
đch
I
mc
/3
2I
mc
/3
+U
m

-
c)
I
mc
/3
W
1
W
1
R
đch
I
mc
W
1
I
mc
/2
+U
m
-
b)
I
mc
/2
W
1
R
đch
I

mc
W
1
I
mc
+U
m
-
a)
R
đch
+U
m
I
mc
/2
I
mc
/2
W
1
-
d)
30
o
I
mc
W
1
2I

mc
W
1
/3
30
o
I
mc
W
1
/2
I
mc
W
1
F
mc
F
mc
I
mc
W
1
I
mc
W
1
/2
F
mc

I
mc
W
1
/2 I
mc
W
1
/3
F
mc
I
mc
W
1
/2
I
mc
W
1
/3
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Còn ở trạng thái hãm động năng kích từ độc lập, vì dòng điện
một chiều I
mc
không đổi nên dòng xoay chiều đẳng trị cũng không đổi,
do đó nguồn cấp cho stato là nguồn dòng. Mặt khác, vì tổng trở mạch
rôto khi hãm phụ thuộc vào tốc độ nên dòng rôto I
2
và dòng từ hóa I

à

đều thay đổi, vậy nên từ thông ở stato thay đổi theo tốc độ.








Trong chế độ làm việc của động cơ ĐK, độ trợt s là tốc độ cắt
tơng đối của thanh dẫn rôto với từ trờng stato, ở trạng thái hãm
động năng nó đợc thay bằng tốc độ tơng đối:

o
*


= (2-95)








Trang 78
Từ sơ đồ thay thế ta có:

2*'
2
2'
2
*'
2
2'
2
2
*
'
2
'
2
'
2
).X(R
.E
X
R
E
I
+

=
+

=


(2-96)
X

2
Hay:
2*'
2
2'
2
*
'
2
).X(R
.X.I
I
+

=

àà
(2-97)

I

2
R

2
/
*
I
1
X
à

Trong đó:
'
f2
'
2
'
2
RRR +=

E

2
Theo đồ thị vectơ ta có:
R

2f
/

*
I
à

;
2
2
'
2
2
2
'
2
2
1
)sinI()sinII(I ++=
à
Hình 2-40: Sơ đồ thay thế khi hãm động năng ĐK
Hay ; (2-98)
2
2
'
2
2'
2
22
1
)sinI.I2III ++=
àà
Trong đó:

2*'
2
2'
2
*'
2
2
).X(R
.X
sin
+

=

(2-99)
Thay và sin
'
2
I
2
vào (2-98), ta có:
2*'
2
'2
2
*2'
2
2
à

2*'
2
'2
2
*22
à
2
à
22
1
)(XR
XX2I
)(XR
XI
II
+
+
+
+=
à
à
(2-100)
Từ đó rút ra:
2'
2
2
1
2'
2
2

1
'
2
*
X
I
I
)XX(
1
I
I
R








+

=
à
à
à

(2-101)
Trang 79
E

2
I
1
Từ sơ đồ tha
y
thế hình 2-39, ta có
đồ thị vectơ dòng
điện nh hình 2-41.


2
I
à


2
I

2
Hình 2-41: Đồ thị vectơ
dòng điện khi HĐN