Bài giảng Truyền động điện tự động - Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện

.k I .k M R R = φ = φ = + “momen ngắn mạch” hay "momen khởi động" - Độ cứng đặc tính cơ: ( )2 − f − kdM d R R φ β = = − ω + hay ( )2 − f− kdM d R R φ β = = ω + e) Các dạng khác của phương trình ĐTC - Dạng 1: ∆ωω0 A M ω trong đó: − f− − R R .I k + ∆ω = φ :“độ sụt tốc độ” - Dạng 2: M. 1 0 β −ω=ω ω = ω0 - ∆ω - Dạng 3: ( ) 2 − − f− − f− kU M k . . R R R R φ = φ − ω + + βω−= nmMMhay 9e) Các dạng khác của phương trình ĐTC - Dạng 4 (ở đơn vị tương đối): * * * * *− − f − −* * U R R .I + ω = − φ φ ( ) * * * * *− − f − * 2 * U R R .M + ω = − φ φ trong đó: ω* = ω/ω0; Uư* = Uư/Uđm; φ* = φ/φđm = kφ/kφđm; Iư* = Iư/Iđm; M* = M/Mđm; Rư* = Rư/Rđm; Rfư* = Rfư/Rđm; dm dm dm I U R = Ứng với M = Mc (xác lập) sẽ có tốc độ xác lập ωxl: Iư = Ic = Mc/kφ : “dòng điện tải” 2.2.3 Đặc tính tự nhiên (Rfư = 0, Uư = Uđm; φ = φđm) - Phương trình ĐTC tự nhiên: ( ) dm − 2 dm dm U R M k k ω = − φ φ - Phương trình đặc tính cơ-điện tự nhiên: dm − − dm dm U R I k k ω = − φ φ - Tốc độ không tải và độ cứng ĐTC tự nhiên: dm 0.tn dm U k ω = φ ( )2dm tn − k R φ β = * tn * − 1 R β = 10 2.2.3 Đặc tính tự nhiên • Ở đơn vị tương đối: φ = φđm ⇒φ* =1 ⇒M* =I*. ⇒ phương trình ĐTC tự nhiên ở đơn vị tương đối: ω* = 1 - Rư*.I* = 1 - Rư*.M* - Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog • Từ nhãn máy hoặc catalog ta thường biết các số liệu sau: Pđm [kW], nđm [vòng/phút], Uđm [V], Iđm [A], ηđm, Ru [Ω],... • Cần xác định 2 trong 3 điểm: 1. điểm không tải [0, ω0]. 2. điểm định mức [Mđm, ωđm] hoặc [Iđm, ωđm]. 3. điểm ngắn mạch [Mnm,0] hoặc [Inm, 0]. 11 - Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog - Điểm định mức: −ω =1 ®m®m n [vg/ph] [s ] 9,55 = ω ®m ®m -1 dm P [W] M [Nm] [s ] = η ®m ®m ®m ®m P [W] I [A] .U [V] ⇒ [Mđm,ωđm] hay [Iđm,ωđm] - Điểm không tải: − φ = ω ®m − ®m ®m ®m U R I k ≈ − η Ω®m− ®m ®m U R 0,5.(1 ) , I dm dm 0 k U φ =ω ⇒ [0,ω0] - Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog - Điểm ngắn mạch: = ®mnm − U I R = φ ®mnm ®m − U M k . R 1 2 3 I M ω ω0 0 Inm Mnm ωđm Iđm Mđm Bài tập: Xây dựng và vẽ ĐTC ở đơn vị tuyệt đối và tương đối của động cơ một chiều KTĐL có các số liệu catalog: Pđm=10kW, Uđm=220, ηđm=0,87, nđm = 2250vg/ph. Đáp án 12 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo Từ phương trình (2-6): ( ) − − f− 2 U R R .M k k + ω = − φ φ ⇒ Rfư, Uư, φ có thể thay đổi. a) Đặc tính nhân tạo “biến trở”: (Uư = Uđm, φ = φđm) - Phương trình: ( ) ®m − f− 2 ®m ®m U R R .M k k + ω = − φ φ ®m − f− − ®m ®m U R R .I k k + ω = − φ φ - Tốc độ không tải: ®m 0 0.tn ®m U const k ω = ω = = φ 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo - Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic: ( ) − f− − f− c c c f −2 ®m®m R R R R .M .I ~ R kk + + ∆ω = = φφ ( ) ( ) − f − c c c c.tn c.Rf2 2 ®m ®m R R .M .M k k ∆ω = + = ∆ω + ∆ω φ φ Mc TN, Rfư=0 NT, Rfu ∆ωc.tn ∆ωc.Rf ω0 ∆ωc 13 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo - Độ cứng ĐTC: ( )2®m nt − f− f− k 1 ~ R R R φ β = + - Dòng điện ngắn mạch: ®m nm − f− f − U 1 I ~ R R R = + - Momen ngắn mạch: nm ®m nm f− 1 M k .I ~ R = φ ⇒ Tăng Rfư . 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo b) Đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phần ứng Uư: (Rfư = 0, φ = φđm) - Phương trình: ( ) − − 2 ®m ®m U R M k k ω = − φ φ − − − ®m ®m U R .I k k ω = − φ φ - Tốc độ không tải: −0 − ®m U ~ U k ω = φ - Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic: ( ) − − c c c c.tn2 ®m®m R R .M .I const kk ∆ω = = = ∆ω = φφ 14 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo - Độ cứng ĐTC: ( ) 2 ®m tn − k const R φ β = = β = - Dòng điện ngắn mạch: − nm − − U I ~ U R = - Momen ngắn mạch: nm ®m nm −M k .I ~ U= φ ⇒ Khi giảm Uư < Uđm 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo c) Đặc tính nhân tạo khi thay đổi từ thông φ: (Rfư = 0, Uư = Uđm ) - Phương trình: ®m − − U R .I k k ω = − φ φ ( ) ®m − 2 U R M k k ω = − φ φ - Tốc độ không tải: ®m0 U 1 ~ k ω = φ φ - Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic: ( ) − c c2 2 R 1 .M ~ k ∆ω = φφ - Độ cứng ĐTC: ( )2 2 − k ~ R φ β = φ 15 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo - Dòng điện ngắn mạch: ®m nm nm.tn − U I I const R = = = - Momen ngắn mạch: φφ= ~I.kM nmnm ⇒ Khi giảm φ < φđm φ2 < φ1 < φđm φ2 < φ1 < φđm Câu hỏi 1. Trong 3 đường ĐTC nhân tạo, ĐTC NT nào có độ sụt tốc độ ∆ωc nhỏ nhất và bằng bao nhiêu? 2. Trong 3 đường ĐTC nhân tạo, ĐTC NT nào có độ cứng ĐTC β lớn nhất và bằng bao nhiêu? 3. Dựa vào các ĐTC cơ nhân tạo, hãy đưa ra các phương pháp khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập. 4. Dựa vào các ĐTC cơ nhân tạo, hãy đưa ra các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập. 5. So sánh các ĐTC nhân tạo? 16 Bài tập 2-2 Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét về dạng đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ song song. Số liệu cho trước: Động cơ loại làm việc dài hạn, cấp điện áp 220V, công suất định mức 6,6kW; tốc độ định mức 2200 vòng/phút; dòng điện định mức 35A; điện trở mạch phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26Ω. Đáp án Bài tập 2-3 Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét về dạng đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ song song. Số liệu cho trước: Động cơ loại làm việc dài hạn, cấp điện áp 220V, công suất định mức 4,4kW; tốc độ định mức 1500 vòng/phút; hiệu suất định mức 0,85. 17 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập II I III IV Chế độ động cơ M>0, ω>0, I>0, U>0, U>E P = M.ω>0 Pđ = U.I >0 Chế độ máy phát M0, I0, U<E P = M.ω<0, Pđ = U.I<0 Chế độ máy phát M>0, ω<0, I>0, U<0, |U|<|E| P = M.ω<0, Pđ = U.I<0 Chế độ động cơ M<0, ω<0, I|E| P = M.ω>0, Pđ = U.I>0 M, I ω E I U I I U EIV I U EII I U EIII • Mặt phẳng trạng thái [M,ω] hệ TĐĐ (mặt phẳng bốn góc phần tư): 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập - Trạng thái động cơ: là trạng thái mà mômen động cơ sinh ra hỗ trợ việc quay. Hay chiều của momen động cơ cùng chiều với chiều của tốc độ quay. + M (Iư) và ω cùng chiều => Pcơ = M.ω = Mc.ω > 0 + Động cơ làm việc ở các góc ¼ thứ I (ω>0; M và I > 0) và góc ¼ thứ III (ω<0; Mvà I<0). - Trạng thái máy phát (hãm): là trạng thái mà mômen động cơ sinh ra chống lại sự quay. Hay, chiều của mômen động cơ ngược chiều với chiều của tốc độ quay. + M (Iư) và ω ngược chiều => Pcơ = M.ω = Mc.ω < 0 + Động cơ làm việc ở các góc ¼ thứ II (ω>0; M và I < 0) và góc ¼ thứ IV (ω0). 18 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập a) Hãm tái sinh (lωl > lω0l, |U|<|E|) II I III IV ω ω0 MC MC1 A B Đ C Pcơ M.ω Pđ U.I ∆Pđ Chế độ động cơ Đ C Pcơ M.ω Pđ U.I ∆Pđ Chế độ hãm tái sinh 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập |I|. k R k U u uu φ + φ =ω phương trình đặc tính cơ điện ( ) |M|. k R k U 2 uu φ + φ =ω phương trình đặc tính cơ Hãm tái sinh xẩy ra khi hạ tải ở cần trục, máy nâng hạ có tải trọng nặng, hoặc khi điều chỉnh điện áp phần ứng giảm đột ngột làm ω0 < ω và ω chưa kịp giảm. 1 2 ω ω0 12 McMh 19 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập b) Hãm ngược: ω ngược dấu với ω0 Có hai trường hợp xảy ra hãm ngược: + Thêm Rfư đủ lớn vào mạch phần ứng động cơ 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập Đ C Pcơ M.ω Pđ U.I ∆Pđ Chế độ động cơ Đ C Pcơ M.ω Pđ U.I ∆Pđ+∆PRfu Chế độ hãm ngược E I U E I Ru Rfu K ( ) M. k RR k U 2 fuuu φ + − φ =ω trong đó ( ) φ =ω> φ + =ω∆ k U M. k RR u 02 fuu , do đó ω <0. I U E IV Ru Rfu K 20 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập + Đảo ngược cực tính điện áp mạch phần ứng động cơ (hay đổi chiều quay tốc độ không tải lí tưởng ω0): 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập Đ C Pcơ M.ω Pđ U.I ∆Pđ Chế độ động cơ Đ C Pcơ M.ω Pđ U.I ∆Pđ+∆PRfu Chế độ hãm ngược I U E I Ru Rfu K trong đó , do đó ω >0. I U E IV Ru Rfu K ( ) |M|. k RR k |U| 2 fuuu φ + + φ −=ω ( ) u fu u 02 R R U .M kk + ∆ω = > ω = φφ , M <0. 21 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập c) Hãm động năng: Hãm động năng xảy ra khi tốc độ không tải ω0 = 0. 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập ( ) M. k RR I. k RR 2 hu u hu φ + −= φ + −=ω chọn Rh sao cho Ih ≤ Icp = (2÷2,5)Iđm ( ) hu 2 RR k || + φ =β - Phương trình ĐTC hãm động năng: 22 • Động cơ đang làm việc tại điểm A, muốn đưa trạng thái của động cơ qua điểm B, C, D, E,... thì làm thế nào? 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập Aωo B F C E D Ví dụ Cho động cơ như ở BT 2-2. Xác định trị số điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng để hãm động năng động cơ điện một chiều kích từ song song với yêu cầu mômen hãm lớn nhất Mhmax = 2.Mđm. Trước khi hãm động cơ làm việc ở điểm định mức, sử dụng sơ đồ hãm kích từ độc lập. Giải: Ta sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập, trong đó đảm bảo φ = φđm. 23 Ví dụ Mc = Mđm ωa Mhmax Ihmax Điểm làm việc trước khi hãm là điểm định mức, ta có: Ic = Iư = Iđm = 35A, tương ứng với momen định mức Mđm; ωa = ωđm = 230,3 [rad/s] Sđđ của động cơ trước khi hãm: Ea = Uđm – Iư.Rư = 220 – 35.0,26 = 210,9 [V] Momen (dòng điện) hãm lớn nhất sẽ tại thời điểm ban đầu của quá trình hãm, ngay khi chuyển đổi mạch điện làm việc sang mạch hãm động năng. Ví dụ Ihmax = Ihbđ hay Mhmax = Mhbđ Vì φ = φđm = const nên để đảm bảo Mhmax = 2 Mđm thì Ihbđ = 2.Iđm = 2.35 = 70 [A] Điện trở tổng mạch phần ứng: Ω=== φω = ωφ = 01,3 70 9,210 I E I k I .k R hbd a hbd a u ut Vậy điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng là: Rh = Rut – Ru = 3,01 – 0,26 = 2,75 [Ω] 24 2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 2.3.1 Phương trình và dạng đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp 2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 2.3.1 Phương trình và dạng đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp U = E + (Rư+ Rf).I Rư = rư + rcf + rct + rkích từ E = kφ.ω M = kφ.I − − fU R R .I k k + ω = − φ φ ( ) − − f 2 U R R .M k k + ω = − φ φ 25 2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp φ ≈ c.Ikt = c.I B I A I. I.c.k RR I.c.k U 1fuu −= + −=ω “phương trình đặc tính cơ -điện” u u f 2U R R A B k.ck.c.M M + ω = − = − “phương trình đặc tính cơ” trong đó c.k U A1 = c.k RR B fu + = c.k.AA 12 = 2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Khi M/I → ∞: ω→ -B, tiệm cận ngang ω=-B Khi M/I → 0: ω→ +∞, tiệm cận đứng M=0, I=0 26 2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 2.3.2 Đặc tính vạn năng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp ω* = ω/ωđm 2.3.2 Đặc tính vạn năng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp I*33... I*22 I*11 ω = ω*.ωđmM = M*.MđmI = I*.Iđmω*M*I*TT I* ⇒ Dựng được ĐTC tự nhiên 27 2.3.3 Đặc tính nhân tạo của động cơ một chiều kích từ nối tiếp “đặc tính nhân tạo biến trở” được xác định dựa trên đặc tính tự nhiên (Rf = 0): Có thể biểu thị ω1 theo công thức: 1 u1 1 k R.IU φ − =ω Trên đặc tính cơ nhân tạo điện trở phụ Rf, tốc độ động cơ ở dòng điện I1 là: 1 fu1 1nt k )RR.(IU φ +− =ω 2.3.3 Đặc tính nhân tạo của động cơ một chiều kích từ nối tiếp Chia từng vế 2 công thức bên ta được: u1 fu1 11nt RIU )RR(IU . − +− ω=ω Như vậy với I1 đã chọn và ω1 tra được trên đặc tính cơ tự nhiên, sẽ tính được giá trị ωnt1 trên đường đặc tính cơ nhân tạo cần tìm. Làm tương tự với các giá trị I2, I3, ta sẽ có ωnt2, ωnt3, và cuối cùng ta vẽ được đặc tính cơ nhân tạo có điện trở phụ Rf. 28 2.3.4 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp Do ω0 -> ∞ nên động cơ một chiều kích từ nối tiếp không có hãm tái sinh. a) Trạng thái hãm ngược: xảy ra khi tốc độ quay của động cơ ngược chiều với tốc độ không tải lí tưởng (ω0 = +/- ∞). + Đưa thêm điện trở phụ Rf đủ lớn vào mạch động cơ khi tải thế năng. Trên đoạn đặc tính cd, có M >0 và ω<0 vì vậy P = M.ω M có tác dụng hãm (hạn chế) ω . 2.3.4 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp + Đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng của động cơ: c 29 2.3.4 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp b) Trạng thái hãm động năng (ωo = 0): 2.3.5 Nhận xét về động cơ một chiều kích từ nối tiếp - Về cấu tạo, động cơ một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ chịu dòng lớn, nên tiêt diện to và số vòng ít. Nhờ đó dễ chế tạo hơn và ít hư hỏng hơn so với động cơ một chiều kích từ song song. - Có khả năng quá tải lớn về mômen. Khi có cùng hệ số quá tải dòng kI thì mômen của động cơ kích từ nối tiếp lớn hơn kI lần so với mômen động cơ kích từ song song. - Mômen không phụ thuộc vào sụt áp trên đường dây tải điện. - Có khả năng tự điều tiết giá trị tốc độ khi phụ tải thay đổi để giữ cho công suất động cơ gần như không đổi nhờ đặc tính cơ dạng hybecbol. 30 2.3.6 Đặc điểm, đặc tính cơ và các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp φ = φs + φn thường φs = (0,75÷0,85)φđm Khi Mc = Mđm thì Iư = Iđm, tương ứng φn = (0,25÷0,15)φđm ωo ≈ (1,3÷1,6)ωđm 2.3.6 Đặc điểm, đặc tính cơ và các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp • Các trạng thái hãm: Hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng 31 2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ 2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ 2.4.1 Đặc tính cơ điện ω = f(I1) hoặc ω = f(I2) Ở đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ không đồng bộ, đại lượng tốc độ được biểu thị thông qua đại lượng “hệ số trượt” s: 0 0s ω ω−ω = p f2 0 π =ωvới Với g/t 3 pha đối xứng, các thông số dây quấn như điện trở, điện kháng không đổi, bỏ qua tổn thất ma sát và tổn thất trong lõi thép, điện áp nguồn đối xứng⇒ sơ đồ thay thế 1 pha: 32 2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ Với U1, X1,... ( )2'1 2' 2 1 1' 2 2 XX s R R U I ++      + = ⇒ I2’= f(s) ⇒ phương trình Đặc tính cơ-điện viết theo dòng rôto 2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ R2’= R2.Ke2; X2’= X2.Ke2; f.nm2 1 e E E K = Ke- hệ số biến đổi sức điện động của dây quấn stato và rôto (giá trị pha), và có thể xác định gần đúng: 1 e 2nm.f U K 0,95. E ≈ E2nm.f - sức điện động pha roto khi hở mạch và rôto đứng yên. Biểu thị đặc tính cơ điện theo quan hệ I1 = f(ω): Đ1 = Đ2’ + е 33 2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ Viết theo modul:               +      + + + = µµ 2 nm 2' 2 1 2211 X s R R 1 XR 1 UI - Khi không tải lí tưởng, s = 0 thì I1 = Iµ = 22 1 XR U µµ + - Khi ngắn mạch s = 1, thì I1nm = Iµ + I2nm 2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ               +      + + + = µµ 2 nm 2' 2 1 2211 X s R R 1 XR 1 UI ( )2'1 2' 2 1 1' 2 2 XX s R R U I ++      + = 34 2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ 2.4.2 Đặc tính cơ Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto: P12 = Pcơ + ∆P trong đó P12 = Mđt.ωo Pcơ = M.ω Mđt ≈ M ∆P ≈ 3.I2’2.R2’ ⇒ M.ωo = Mω + 3.I2’2.R2’ hay 3.I2’2.R2’ = M.(ωo - ω) = M.ωo = M.ωo.s 0 0 ω ω−ω ' ' 2 2 2 0 3R I M s. ⇒ = ω 2.4.2 Đặc tính cơ         +      +ω = 2' nm 2' 2 10 ' 2 2 1 X s R R s/RU3 M ⇒ đây chính là phương trình ”đặc tính cơ” 0 s M = ∂ ∂ ⇒ ta xác định được các điểm tới hạn: Độ trượt tới hạn: 2 nm 2 1 ' 2 th XR R s + ±= Momen tới hạn: 2 1 th 2 2 0 1 1 nm 3U M 2 R R X = ±  ω ± +   35 2.4.2 Đặc tính cơ TH 2.4.2 Đặc tính cơ th th th thth s.a s s s s )s.a1(M2 M ++ + = trong đó a = R1/R2’ - Khi coi R1≈ 0 ta có: s s s s M2 M th th th + = gọi là phương trình Kloss - Khi chỉ tính toán trong vùng làm việc với phụ tải Mc ≤ Mđm, coi s << sth ta bỏ qua thành phần s/sth ta được: s. s M2 M th th= (ta đã tuyến tính hoá trong vùng có s nhỏ) 36 2.4.2 Đặc tính cơ Ta thấy đường đặc tính cơ có 2 đoạn: - Đoạn thứ nhất, từ điểm ω0 đến điểm tới hạn TH (s=sth), gọi là “đoạn công tác”, phi tuyến yếu, có β<0. Động cơ chỉ làm việc xác lập trên đoạn này. - Đoạn thứ hai, từ điểm TH đến điểm ngắn mạch (s=1) có β>0, phi tuyến mạnh, chỉ tồn tại trong giải đoạn khởi động hoặc quá độ. • Ứng với mỗi đường ĐTC Mc(ω) tồn tại tối đa bao nhiêu điểm cắt với ĐTC của động cơ KĐB? 2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ 2.4.3 Dựng đặc tính tự nhiên Từ số liệu catalog động cơ như Pđm [kW], nđm [vòng/phút], hệ số mômen cực đại (mômen tới hạn) λ = Mth/Mđm,... ta có: ®m ®m ®m 2 n n 60 9,55 π ω = = [rad/s] no p f.60 = [vòng/phút] ⇒ ωo Ở lưới điện có tần số f = 50Hz, vì p là các số nguyên 1,2,3,... tương ứng no = 3000, 1500, 1000,... Vì vậy tốc độ không tải lí tưởng có thể được suy ra từ nđm theo nguyên tắc làm tròn lên, do sđm thường <0,1 nên nếu nđm = 1485 vòng/phút thì no = 1500vòng/phút. 37 2.4.3 Dựng đặc tính tự nhiên o ®m ®m o s ω − ω = ω ®m ®m ®m 1000.P M = ω Mth = λ.Mđm Mnm=KM.Mđm Từ phương trình Kloss ta có thể xác định được độ trượt tới hạn gần đúng bằng: 2 th ®ms s 1  = λ + λ −   Như vậy ta đã xác định được 3 điểm trên “đoạn công tác” của đường đặc tính cơ tự nhiên đó là: 1. Không tải (0,ωo). 2. Định mức (Mđm, ωđm). 3. Tới hạn (Mth, ωth). và điểm ngắn mạch 4. (Mnm,0) 2.4.3 Dựng đặc tính tự nhiên Thay sth và Mth vào phương trình Kloss ta thu được phương trình đặc tính cơ tự nhiên. Nếu tuyến tính hóa đoạn đặc tính công tác qua điểm không tải lí tưởng và điểm định mức thì có thể biểu thị đặc tính cơ tự nhiên bằng phương trình: ®m ®m M s M s = hoặc ®m ®m M M .s s = 38 2.4.3 Dựng đặc tính tự nhiên Như vậy, gần đúng ta có độ cứng đặc tính cơ trong đoạn công tác: ®m o o ®m MdM 1 dM | | d ds s β = = = ω ω ω * ®m o ®m dM / dM 1 d / s β = = ω ω và 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo ( )         ++      + π =         +      +ω = 2' 21 2' 2 1 ' 2 2 1 2' nm 2' 2 10 ' 2 2 1 XX s R R p f2 s/RU3 X s R R s/RU3 M ⇒ M = f(s) : U1, f, p, R2, R1, X1 và X2. Do f2 = sf1 nhỏ nên thay đổi X2 ít hiệu quả ⇒ không dùng. 39 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo a) Họ đặc tính thay đổi R2 (họ đặc tính biến trở) Khi thay đổi Rf mạch rôto thì f2 nm 2 1 ' f ' 2 2 nm 2 1 ' 2 th R XR Rr XR R s ≡ + + = + = 2 1 th 2 2 0 1 1 nm 3U M const 2 R R X = =  ω + +   và ωo = const 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo a) Họ đặc tính thay đổi R2 (họ đặc tính biến trở) 40 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo b) Họ đặc tính thay đổi điện áp stato U1 Khi thay đổi U1 thì ωo = const const XR R s 2 nm 2 1 ' 2 th = + = 22 21 1 th th.tn 1 2 2 dm 0 1 1 nm 3U U M M U U 2 R R X   = = ≡     ω + +   2.4.4 Các đặc tính nhân tạo b) Họ đặc tính thay đổi điện áp stato U1 41 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo c) Họ đặc tính thay đổi điện trở R1 và điện kháng X1 stato Khi thay đổi R1 và X1 thì ωo = const 11 2 nm 2 1 ' 2 th X 1 , R 1 XR R s ≡ + = [ ] 112nm2110 2 1 th X 1 , R2 1 XRR2 U3 M ≡ ++ω = 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo c) Họ đặc tính thay đổi điện trở R1 và điện kháng X1 stato 42 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo c) Họ đặc tính thay đổi điện trở R1 và điện kháng X1 stato 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo d) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực p ωo = 2πf/p, p = 1,2,... nên tốc độ từ trường quay thay đổi nhẩy cấp. 43 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo e) Họ đặc tính nhân tạo khi thay đổi tần số f - Khi giảm f thì E = 4,44KwN1.Φ.f giảm, Z1 = 2πf.L1 giảm. Nếu U1 vẫn giữ nguyên = Uđm thì dòng điện trong động cơ: 1 1 .. 1 1 . Z EU I − = sẽ lớn hơn Iđm vì vậy khi thay đổi f thì bắt buộc phải điều chỉnh cả U1. - Nếu điều chỉnh f<fđm, ta muốn giữ Mth = const thì: 2 2 1 1 th 22 2 0 1 1 nm 3U U M const f2 R R X = ≡ =  ω + +   hay U/f = const 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo e) Họ đặc tính nhân tạo khi thay đổi tần số f Còn khi điều chỉnh f>fđm ta nếu điều chỉnh theo luật fU/ = const ta có thể giữ cho động cơ không bị quá tải về công suất. 22 1 1 th 2 o max th o U U 1 const M . fff P M . const   ≡ = ≡  ω  ⇒ = ω = 44 2.4.4 Các đặc tính nhân tạo e) Họ đặc tính nhân tạo khi thay đổi tần số f 2.4.5 Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ a) Hãm tái sinh - Hạ tải ở các máy nâng hạ (cẩu tháp, vận thăng, cần trục,...). - Giảm tần số dòng điện stato đột ngột. 45 2.4.5 Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ b) Hãm ngược - Thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rôto R2f (chỉ dùng cho động cơ rôto dây quấn). 2.4.5 Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ b) Hãm ngược - Đổi thứ tự pha điện áp stato (đảo chiều từ trường quay ωo): 46 2.4.5 Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ c) Hãm động năng Đường 1, 2 có cùng điện trở R2 nhưng khác nhau về I1 Đường 2, 3 có cùng dòng I1 nhưng khác nhau về R2 2.4.5 Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ c) Hãm động năng - Đặc tính hãm động năng, dùng đơn vị tương đối: th.®n ** th * * th 2M M = ωω + ω ω trong đó: tốc độ tương đối: * o ω ω = ω tốc độ tương đối tới hạn: ' 2 ' 2* th XX R + =ω µ - Mômen tới hạn hãm động năng ( ) 2 2 1 th.®n ' 0 2 3I .X M 2 X X µ µ = ω + 47 2.4.5 Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ c) Hãm động năng trong công thức này, I1 là dòng điện xoay chiều (giả tưởng) thay thế cho dòng điện một chiều Imc chạy trong cuộn dây stato khi thực hiện hãm động năng. ( ) 2 2 1 th.®n ' 0 2 3I .X M 2 X X µ µ = ω + I1 = A.Imc A được xác định theo cách đấu các cuộn dây stato: 2.4.5 Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ c) Hãm động năng 48 2.4.5 Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ c) Hãm động năng Ta cũng có thể lấy Imc từ nguồn do chính động cơ phát ra thông qua bộ chỉnh lưu ở mạch rôto hoặc bộ tụ điện ở mạch stato. Các sơ đồ này gọi là “hãm động năng tự kích”. Tính và vẽ đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn động cơ 850kW, 6000V, no=600vg/ph, nđm = 588vg/ph, λ = 2,15; E2nm = 1150V, I2đm = 450A. Với điện trở phụ mỗi pha roto Rf cho theo bảng dưới đây: Bài tập 1: 0,50,40,30,20,1Giá trị Rf (Ω) 54321Phương án 49 Bài tập 2: Bài tập 2: Hãy lựa chọn đặc tính cơ hãm động năng và xác định các thông số hãm, gồm dòng điện một chiều Imc cấp vào cuộn dây stato và điện trở phụ Rh nối vào mạch rôto của động cơ sao cho mômen hãm cực đại đạt được Mhmax = 2,5Mđm và hiệu quả hãm cao. Số liệu cho trước: Động cơ 11kW, 220V, 953vg/ph, λ = 3,1; cosϕđm = 0,71; cosϕo = 0,24 (không tải); I1đm = 28,4A; I1.0 (không tải) = 19,2A; R1 = 0,415Ω; X1 = 0,465Ω; E2nm = 200V; I2đm = 35,4A; r2 = 0,132Ω; X2 = 0,27Ω; Ke = 1,84. Đáp án: Rh = 1,308Ω, Imc = 53A 2.5 Các đặc tính công tác của động cơ đồng bộ 2.5.1 Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ p f2 1 0 π =ω , ω = ωo (M≤Mmax) 50 H0 2.5 Các đặc tính công tác của động cơ đồng bộ 2.5.2 Đặc tính góc của động cơ đồng bộ M = f(θ), θ - là góc lệch pha giữa E và Ul nếu bỏ qua r1 (≈0) 0H = U l cosϕ = E.cos(ϕ-θ) và ( ) s U sinCB cos CA I.x ι θϕ − θ = = ⇒ s EU U .I.cos sin x ι ι ϕ = θ Vế trái chính là công suất của 1 pha động cơ. s E.U P 3 sin x ι⇒ = θ 2.5.2 Đặc tính góc của động cơ đồng bộ và mômen động cơ: m 0 0 s 3EUP M sin M sin x ι= = θ = θ ω ω trong đó m 0 s 3EU M x ι= ω ứng với θ = 90o thường θ = 20o÷25o, ứng với 5,22 M M dm m M ÷==λ 51 Bài tập cuối chương 2 Bài 1: Xác định các thông số của động cơ một chiều kích từ song song. Số liệu cho trước là các thông số catalog. Yêu cầu xác định: Từ thông định mức (hoặc kφđm), Iưđm, Mđm (mômen cơ), mômen điện từ định mức Mđt.đm, điện trở phần ứng Rư, điện trở định mức Rđm, Rư*, độ sụt tốc ứng với tải định mức ∆ωc và ∆ω*c; tốc độ không tải lý tưởng ωo, dòng điện ngắn mạch Inm, mômen ngắn mạch Mnm, độ cứng ĐTC tự nhiên β và β*; phương trình ĐTC và ĐT cơ-điện tự nhiên ở hệ đơn vị tuyệt đối và tương đối, vẽ ĐTC ở đơn vị tuyệt đối và đơn vị tương đối. Số liệu cho trước: Bài tập cuối chương 2 1,20,88150022046,510 1,00,87158022033,59 0,50,861500220218 0,50,84105022013,57 0,40,831560220156 0,1250,872250220105 0,160,85150022094 0,070,8010002202,53 0,070,8515002204,42 0,070,8522002206,61 J, kgm2ηđmnđm, vg/ph Uđm, VPđm, kW Thông sốPhương án 52 Bài tập cuối chương 2 Bài 2 Tính toán các thông số nguồn hoặc mạch cần thiết để đưa trạng thái hoạt động của động cơ một chiều kích từ độc lập từ điểm A (điểm định mức [1, ω*đm]) qua các điểm B, C, D và E. Biết các điểm