PHẦN I: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP





Động cơ không đồng bộ ( Động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc và

động cơ không đồng bộ rô to dây quấn).







Động cơ đồng bộ.



-Động cơ điện một chiều :





Động cơ một chiều kích từ độc lập.







Động cơ một chiều kích từ nối tiếp.







Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp.



Mỗi loại động cơ có các đặc điểm cấu tạo, vận hành và ứng dụng riêng

dựa vào yêu cầu thiết kế được giao, em nghiên cứu và phân tích để lựa chọn

phương án truyền động điều khiển động cơ một chiều và các phương án điều

chỉnh tốc độ kèm theo.

2.2.Động cơ điện một chiều

a.Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều

Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện

hoặc động cơ điện. Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng

thành cơ năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động

cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông

vận tải.

b.Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động

(rôtor)



2



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



Hình 1: Động cơ điện một chiều

Gồm các phần chính sau:

- Cực từ chính: Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt

cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm

bằng những lá thép kỹ thuật điện. Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ

các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách

điện.

- Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện

đổi chiều

- Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ

máy.

- Các bộ phận khác:

o Nắp máy.

o Cơ cấu chổi than.

 Lõi sắt phần ứng:

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật

điện dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập

hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

 Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Thường

làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có

tiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ

nhật. Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép.

 Cổ góp:

Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng

điện xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi

3



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một

hình trụ tròn. Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của

các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.

 Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.

- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.

Trục máy thường làm bằng thép Cacbon tốt.



2.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.

Để thiết kế hệ truyền động phù hợp với yêu cầu ta cần đưa ra nhiều phương

án khác nhau, rồi sau đó so sánh các phương án trên phương diện kinh tế và kỹ

thuật để chọn ra phương án tối ưu.

Đây là động cơ sử dụng năng lượng điện 1 chiều bao gồm:

-Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.

-Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.

Với động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp là lọai động cơ có kết cấu phức tạp,giá

thành cao nên ta loại bỏ vì không phù hợp chỉ tiêu kinh tế.

2.3.1 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp

Sơ đồ nguyên lý

_



+



TN

N. Tạo



CKT



0



Đặc tính cơ



Hinh 2:Mạch động cơ một chiều kích từ nối tiếp.

- Phương trình đặc tính cơ điện:



- Phương trình đặc tính cơ :



4



M



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



Ta thấy loại này có cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng động cơ nên dòng

kích từ chính là dòng phần ứng động cơ .

Do vậy khi Iư biến đổi thì từ thông Φ cũng biến đổi sẽ gây ra hiện tượng

từ dư (tổn thất phụ) lớn.

Φdư = (2 ÷ 10).Φđm

Mà động cơ một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính cơ ở dạng phi tuyến

(hypecbol ), nên đặc tính cơ mềm và độ cứng lại thay đổi theo phụ tải. Động cơ

một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về momen nhờ cuộn CKT

mắc nối tiếp vào mạch phần cứng nên có khả năng khởi động tốt hơn động cơ

một chiều kích từ độc lập.Vì vậy loại động cơ này thường được sử dụng trong hệ

truyền đông yêu cầu quá tải cao và momen khởi động lớn.

Mặt khác, từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng nên khả

năng chịu tải của động cơ bị ảnh hưởng rất lớn của điện áp lưới. Điều này gây

khó khăn trong quá trình điều chỉnh và ổn định tốc độ, quá trình này chỉ có hiệu

quả ở tốc độ rất thấp và hiệu quả không cao, ở tốc độ cao đạt được điều này là

rất khó khăn.

Dựa vào phương trình đặc tính cơ ,để điều chỉnh tốc độ động cơ một

chiều kích từ nối tiếp ta có thể thay đổi điện áp phần ứng hoặc thay đổi điện trở

phần ứng bằng cách mắc thêm điện trở phụ .

Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ băng cách thay đổi điện trở phần

ứng có đặc điểm :

-



Vì phải thêm điện trở phụ nên phương pháp này chỉ cho tốc độ thay đổi

theo chiều hướng giảm.



-



Muốn tốc độ càng nhỏ thì điện trở phụ càng lớn nên tổn hao tăng lên.



-



ở những tốc độ nhỏ đặc tính cơ dốc nhiều nên độ ổn định tốc độ rất kém.



-



Dải điều chính tốc độ phụ thuộc vào trị số phụ tải Mc .



-



Điều chỉnh có cấp.



5



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

2.3.2 Động cơ 1 chiều kích từ độc lập

Do mạch kích từ nằm độc lập với mạch phần ứng nên từ thông kích từ

Φ = const khi tải thay đổi.

Phương trình đặc tính cơ:

ω=



U

R

U

R. M

−

Iu =

−

.

KΦ KΦ

KΦ ( KΦ ) 2



Vì Φ = const nên quan hệ ω(M) là quan hệ đường thẳng.

Độ cứng đặc tính cơ:



( KΦ )

β=−



2



R



= const



.



ω

ω0



Ð



M



0



CKÐ



Hinh 3. Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Nhận xét: Đặc tính cơ có dạng đường thẳng và có độ cứng cao .khi động

cơ làm việc với tốc độ không đổi thì momen điện từ bằng momen cản trên trục

động cơ. Loại động cơ này cho phép quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và dễ điều

chỉnh. Từ phương trình đặc tính cơ cho thấy loại động cơ này có thể điều chỉnh

tốc độ tới 3 cách là điêù chỉnh Uư, Rf, và ik.

Trong thực tế đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập thường có 3

phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau :

- Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng

- Điều chỉnh từ thông kích từ



ωο



tn



+



a. Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

u¦ lý:

 Sơ đồ nguyên



ω



I¦



®

+

ck§



-



rf



h2



rf 1



rf 2



6



m



0

h3



rf 3



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



Hình 4: Đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng.

Giả thiết :

U= Uđm = const ;ΦΦ = Φđm = const ; R = Var





ω=





Phương trình đặc tính cơ:

U ®m

R + Rf

*M

KΦ ® m ( KΦ ® m )2

Dạng đặc tính cơ:



Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta có dạng đặc tính cơ như hình (H3)





Nhận xét :

Từ phương trình đặc tính cơ và dạng đặc tính cơ ta thấy khi thay đổi điện



trở phụ mạch phần ứng (tăng Rf) làm cho :

-



Đặc tính cơ mềm đi

R + Rf



2



.M



-



Độ sụt tốc độ ∆ω = (KΦ dm )



-



(KΦ dm )2

Độ cứng đặc tính cơ β = R + R f giảm



-



Mức độ phù hợp tải



tăng lên



P = U.I = const

M = K Φ .Iư = const



Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản bằng

cách giảm độ cứng đặc tính cơ. Nó là phương pháp điều chỉnh không triệt để

,dải điều chỉnh phụ thuộc giá trị của momen cản,độ chính xác duy trì tốc độ

không cao,độ tinh chỉnh kém.



7



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Khi điều chỉnh tốc độ xuống thấp, sai số tốc độ càng lớn và moomen ngắn



-



mạch càng nhỏ nghĩa là độ duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém,ngoài

ra số cấp điện trở có hạn và việc điều chỉnh không trơn.

Dải điều chỉnh không rộng D = 5:1.

Phương pháp này gây tổn thất nhiều năng lượng do đó giảm hiệu suất hệ



-



thống.

b. Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.

 Sơ đồ nguyên lý (H.7):

Khi thay đổi từ thông kích từ động cơ một chiều kích từ độc lập chính là

điều chỉnh mô men điện từ của động cơ M =K Φ .Iư và điều chỉnh sức điện động

quay E =K Φ .ω của động cơ .Do kết cấu của máy điện nên ta thường giảm từ

thông Φ .

U = Uđm = const



I¦



ω=



+







Phương trình đặc tính cơ



Hình 5 : Động cơ 1 chiều kích từ độc lập



Độ cứng đặc tính cơ :



( KΦ x ) 2

= var

R

β= -



Ở đặc tính cơ điện :



U ®m

Inm = R = const







-



u

h7



Tốc độ không tải lý tưởng :



U ®m

= var

KΦ x



ck§



bb®



U dm

R

.M

KΦ (KΦ) 2



ωox =



r¦



®



R = const



Φ = Var



-



u¦



+



Giả thiết :



Dạng đặc tính cơ:



Đặc tính cơ ( H 8 )

Đặc tính cơ điện ( H 9 )

8



u®k



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



ω

ωο2

ωο1

ωο

0



ωο 2



φ2



ω



ωο 1 φ 1

ωο



φ1



φ®m

m



mnm2



0



mnm1 mnm



φ2

φ®m



I

Inm



h9



h8



Hình 6:Đặc tính cơ động cơ một chiều khi thay đổi từ thông





Nhận xét:

Ta thấy rằng mạch kích từ của động cơ một chiều kích từ độc lập là mạch



phi tuyến cho nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là phi tuyến .Khi giảm từ thông ở

một mức độ nào đó thì tốc độ động cơ tăng lên và đồng thời phải đảm bảo điều

kiện chuyển mạch cổ góp.

Nhưng nếu giảm từ thông φ quá nhiều vì khi giảm φ do quán tính tốc độ ω

sẽ thay đổi chậm hơn so với từ thông φ nên E = Kφ.ωgiảm→ Iư tăng lên

→ M = Kφ.Iư tăng lên.

Mặt khác khi φ giảm quá nhiều thì Iư tăng quá lớn gây nên sụt áp trong

mạch phần ứng tăng lên → công suất động cơ giảm → tốc độ giảm

Như vậy khi điều chỉnh giảm từ thông φ thì:



-



( KΦ x ) 2

R ↓↓

Độ cứng đặc tính cơ giảm β=



-



Vì công suất mạch kích từ nhỏ nên việc điều chỉnh là dễ dàng và tổn hao

công suất ít.



-



Khả năng tự động hóa cao .



-



Sai lệch tĩnh tăng lên



-



Hệ thống có dải điều chỉnh hẹp: D = 3 :1.



9



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-



Khi giảm từ thông để tăng tốc độ thì điều kiện chuyển mạch cổ góp xấu

đi vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì phải đồng

thời giảm Iư nên momen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh.



-



Do điện cảm lớn nên hằng số thời gian lớn , thời gian quá độ dài.



-



Phương pháp thay đổi từ thông phù hợp với tải

Pc = U.I = const

Mc = var



Tuy nhiên phương pháp này lại có chỉ tiêu kinh tế cao, tổn thất năng lượng nhỏ.

c.Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng

 Sơ đồ nguyên lý tổng quát:

I¦

u



®



bb®



r¦



+



I¦



rb



eb



ck§



e



S¬ ®å thay thÕ

u®k



h5



h4



Hình 7: Mạch thay đổi điện áp phần ứng

Trong đó :

BBĐ : là bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp

một chiều và điều chỉnh sức điện động Eb của nó theo yêu cầu

Rb : là điện trở mạch phần ứng

Rư : là điện trở trong của bộ biến đổi phụ thuộc vào loại thiết bị

Giả thiết :

U = Var



ω



Φ = Φ dm = const



ωο

ωο1

ωο2



R = const



tn

eb®m

eb1



ωο3

10



0



eb2

eb3

m®m



h6



m



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP





Phương trình đặc tính cơ:

ω=



Eb

RΣ

.M

KΦ dm (KΦ m ) 2

Với RΣ =Rư+Rb







Dạng đặc tính cơ :

Khi thay đổi điện áp mạch



phần ứng động cơ ta được một họ đặc

tính cơ song song với nhau như hình vẽ :



Hình 8: Đặc tính cơ khi thay đổi điện

áp phần ứng







Nhận xét:



Khi thay đổi điện áp mạch phần ứng ta sẽ có các tốc độ không tải lý tưởng



ωox =



E bx

KΦ ® m khác nhau



Độ cứng β = const

Mức độ phù hợp tải



P = U.I = var

[Mc] = K Φ đm.Iđm= Mđm = const



Dải điều chỉnh rộng D = 10:1 :



Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng là phương pháp triệt để

kể cả khi không tải lý tưởng và điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể

cả khi không lý tưởng , đảm bảo sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn,dải

điều chỉnh rộng và tổn thất năng lượng ít .phương pháp này có thể điều chỉnh

trơn trong hệ điều chỉnh .phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển nên độ tinh

điều khiển cao, thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hóa cao.

Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch tĩnh

– đặc biệt phương pháp này phù hợp với loại tải mang tính chất phản kháng và

băng hằng số (Mc = const ).

 Nhận xét chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ



11



TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Qua những phân tích cụ thể 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ trên ta thấy

mỗi phương pháp điều chỉnh đều có những ưu nhược điểm riêng phù hợp với

từng yêu cầu công nghệ .Căn cứ công nghệ của đề tài ta thấy phương pháp thay

đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cơ có nhiều ưu

điểm như:

-



Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng.

Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp

Sai lệch tĩnh nhỏ , β=const trong toàn dải điều chỉnh

Dễ thực hiện tự động hoá

Mức độ phù hợp tải

Mc = const

Pc = var

Do đó ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp



mạch phần ứng động cơ.



3.Phân tích chọn các phương án hãm,dừng động cơ.

Hãm là trạng thái động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều với tốc độ

quay của rôto .Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ

máy phát .Như ở phần trước ta đã chọn cơ một chiều kích từ độc lập đối với

lọai động cơ này có 3 trạng thái hãm là :

- Hãm tái sinh

- Hãm ngược

- Hãm động năng

Sau đây ta lần lượt phân tích từng trạng thái hãm.

3.1.Hãm tái sinh:

Hãm tái sinh là trạng thái máy phát mà động cơ biến cơ năng đã tích luỹ

được thành điện năng trả về lưới điện .



12