Đồ án Động cơ và cơ sở truyền động điện

ời ta định nghĩa như sau: Dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ Pcơ = M.ω cấp cho máy sản xuất (sau khi đã có tổn thất ΔP). Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của động cơ gồm: Trạng thái động cơ và trạng thái hãm. Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β và được tính: β=ΔMΔω Nếu |β| bé thì đặc tính cơ là mềm (|β | < 10). Nếu |β| lớn thì đặc tính cơ là cứng (|β | = 10 ÷ 100). Khi | β | = ∞ thì đặc tính cơ là nằm ngang và tuyệt đối cứng. Đặc tính cơ có độ cứng β càng lớn thì tốc độ càng ít bị thay đổi khi mômen thay đổi. Ở hình vẽ dưới, đường đặc tính cơ 1 cứng hơn đường đặc tính cơ 2 nên với cùng một biến động ΔM thì đặc tính cơ 1 có độ thay đổi tốc độ Δω1 nhỏ hơn độ thay đổi tốc độ Δω2 cho bởi đặc tính cơ 2. I.3 Đặc tính cơ của máy sản xuất Đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ quay và mômen quay: ω = f(M) hoặc n = F(M) Trong đó: ω - Tốc độ góc (rad/s). n - Tốc độ quay (vg/ph). M - Mômen (N.m). Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen cản của máy sản xuất: Mc = f(ω). Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biếu diễn dưới dạng biểu thức tổng quát: Mc=Mco+(Mđm- Mco)(ωωđm)q Trong đó: Mc là mômen ứng với tốc độ ω Mco là mômen ứng với tốc độ ω = 0. Mđm là mômen ứng với tốc độ định mức ωđm Các dạng đặc tính cơ của máy sản xuất: 1: Đặc tính cơ ứng với q = -1. 2: Đặc tính cơ ứng với q = 0. 3: Đặc tính cơ ứng với q = 1. 4: Đặc tính cơ ứng với q = 2. Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính thế năng. Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính phản kháng. Dạng đặc tính cơ của một số máy sản xuất q = -1: mômen tỉ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu dịch chuyển, cơ cấu ly tâm, cơ cấu dịch chuyển, máy cuộn… q = 1: mômen tỉ lệ thuận với tốc độ, thực tế ít gặp. Ví dụ máy phát một chiều tải thuần trở. q = 2: mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ là đặc tính của các máy bơm, quạt gió. I.4 Các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện Trong hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại. Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của hệ truyền động điện. Có thể lập bảng sau: Thứ tự Biểu đồ công suất Pđiện Pcơ ΔP Trạng thái làm việc 1 0 = 0 = Pđiện Động cơ không tải 2 0 0 = Pđ – Pc Động cơ có tải 3 = 0 < 0 = | Pcơ | Hãm không tải 4 < 0 < 0 = | Pc – Pđ | Hãm tái sinh 5 >0 < 0 = | Pc + Pđ | Hãm ngược 6 = 0 < 0 = | Pcơ | Hãm động năng Ở trạng thái động cơ: Ta coi dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ: Pcơ = M.ω cấp cho máy sản xuất và được tiêu thụ tại cơ cấu công tác của máy. Công suất cơ này có giá trị dương nếu như mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay. Ở trạng thái máy phát: thì ngược lại, khi hệ truyền động làm việc, trong một điều kiện nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được truyền về trục động cơ, động cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như một máy phát điện. Công suất điện có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mômen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay. Mômen của máy sản xuất được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản. Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu mômen của động cơ. Phương trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ là: Pđ = Pc + ΔP Trong đó: Pđ là công suất điện; Pc là công suất cơ; ΔP là tổn thất công suất. - Trạng thái động cơ gồm: chế độ có tải và chế độ không tải. Trạng thái động cơ phân bố ở góc phần tư thứ I, III của mặt phẳng ω(M). - Trạng thái hãm có: Hãm không tải, Hãm tái sinh, Hãm ngược và Hãm động năng. Trạng thái hãm ở góc II, IV của mặt phẳng ω(M). - Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành điện năng trả về lưới. - Hãm ngược: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, điện năng và cơ năng chuyển thành tổn thất ΔP. - Hãm động năng: Pđiện = 0, P= < 0, cơ năng biến thành công suất tổn thất ΔP I.5 Tính đổi các đại lượng cơ học I.5.1 Mômen và lực quy đổi Quan niệm về sự tính đổi như việc dời điểm đặt từ trục này về trục khác của mômen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ truyền lực. Thường quy đổi mômen cản Mc, (hay lực cản Fc) của bộ phận làm việc về trục động cơ. + Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của hệ TĐĐ: - Khi năng lượng truyền từ động cơ đến máy sản xuất: Ptr = Pc + ΔP Trong đó: Ptr là công suất trên trục động cơ, Ptr = Mcqđ.ω, (Mcqđ và ω - mômen cản tĩnh quy đổi và tốc độ góc trên trục động cơ). Pc là công suất của máy sản xuất, Pc = Mlv.ωlv , (Mlv và ωlv - mômen cản và tốc độ góc trên trục làm việc). ΔP là tổn thất trong các khâu cơ khí. Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay: Ptr= Pcηi= Mlv.ωlvηi= Mcqđ.ω Rút ra: Mcqđ= Mlv.ωlvηi.ω= Mlvηi.i Trong đó: ηi là hiệu suất của hộp tốc độ i= ωωlv là tỷ số truyền của hộp tốc độ. Nếu chuyển động tịnh tiến thì lực quy đổi: Mcqđ= Flvη.ρ Trong đó: η = ηi.ηt là hiệu suất bộ truyền lực ηt là hiệu suất của tang trống. ρ=ωvlv là tỉ số quy đổi Khi năng lượng truyền từ máy sản xuất tới động cơ : Ptr = Pc – ΔP I.5.2 Quy đổi môment quán tính và khối lượng quán tính Điều kiện quy đổi: bảo toàn động năng tích luỹ trong hệ thống: W= 1nWi Chuyển động quay : W=J.ω22 Chuyển động tịnh tiến  : W=m.v22 Nếu sử dụng sơ đồ tính toán phần cơ dạng đơn khối, và áp dụng các điều kiện trên ta có: Trong đó: Jqđ - mômen quán tính quy đổi về trục động cơ. ωĐ - tốc độ góc trên trục động cơ. JĐ - mômen quán tính của động cơ. Ji - mômen quán tính của bánh răng thứ i. mj - khối lượng quán tính của tải trọng thứ j. ii = ω/ωi - tỉ số truyền tốc độ từ trục thứ i. ρ = ω /vj - tỉ số quy đổi vận tốc của tải trọng. I.6 Điều kiện ổn định của hệ truyền động điện Ta có phương trình momen động học của hệ truyền động điện là Mđg= M-Mc=J.dωdt Khi Mđg = 0 thì M = MC do đó dω/dt = 0. Hệ làm việc xác lập hay hệ làm việc ổn định. Điểm làm việc xác lập là giao điểm của đặc tính cơ của động cơ điện ω(M) với đặc tính cơ của máy sản suất ω(Mc). Tuy nhiên không phải bất kỳ giao điểm nào của hai đặc tính cơ trên cũng là điểm làm việc xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, người ta gọi là ổn định tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải. Để xác định điểm làm việc, dựa vào phương trình động học: J.ddt= ∂M∂ωx- ∂Mc∂ωx.ω- ωx Người ta đã xác định được điều kiện xác lập ổn định là ∂M∂ωx- ∂Mc∂ωx<0 Hay β – βc < 0 CHƯƠNG II. ĐỘNG CƠ ĐIỆN II.1 Khái niệm và cấu tạo chung Động cơ điện là thiết bị biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Ngày nay, động cơ điện có mặt ở hầu hết mọi nơi và được sử dụng rộng rãi. Như máy hút bụi, máy giặt, quạt điện, máy bơm nước…. Xét về cấu tạo chung, động cơ điện bao gồm hai thành phần chính: Phần đứng yên gọi là stator có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc là các cuộn dây Phần chuyển động hay gọi là rotor có thể là lõi sắt từ, các cuộn dây hoặc nam châm vĩnh cửu Tùy theo các loại động cơ khác nhau mà có thêm các bộ phận khác nhau như vành khuyên, chổi góp… Khi cuộn dây trên rotor và stator được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mômen. II.2 Nguyên lý hoạt động chung của động cơ điện Phần lớn các động cơ điện họat động theo nguyên lý điện từ. Nguyên lý cơ bản đó là có một lực cơ học trên một cuộn dây có dòng điện chạy qua nằm trong một từ trường. Lực này theo mô tả của định luật lực Lorentz và vuông góc với cuộn dây và cả với từ trường. Như vậy, ta có sơ đồ chuyển đổi từ năng lượng điện thành cơ năng như sau: Năng lượng điện -> Từ trường -> Cơ năng. Công thức liên hệ giữa mật độ từ thông B và từ trường H như sau: H= Bμ0 Với μ0 là hằng số độ từ thẩm Để tìm lực từ tác dụng lên các hạt mang điện chuyển động, ta áp dụng định luật Lorentz: “khi một vật dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường thì nó sẽ chịu tác động của một lực cảm ứng, lực này tính theo công thức”: F=i.B Trong đó: F là véc tơ lực lorentz i là vector dòng điện chạy trong vật dẫn B là vector mật độ từ thông Độ lớn tính theo công thức : F = I.B.l với l là chiều dài vật có dòng điện chạy qua. Khi các hạt mang điện chuyển động trong từ trường thì sẽ sinh ra một sức điện động ở hai đầu vật dẫn được xác định theo định luật Faraday. Định luật Faraday cho biết mối liên hệ giữa biến thiên từ thông trong diện tích mặt cắt của một vòng kín và điện trường cảm ứng dọc theo vùng đó : E= -dΦdt Với dΦdt là độ biến thiên từ thông. Ta xét một dây dẫn mang dòng điện dài vô hạn và thẳng. Khi đó quanh nó sẽ tồn tại một từ trường, và để tính từ trường tại khoảng cách r cho trước, ta dùng công thức định luật Boit – Savart : dB= μ04πμ.I.dl.sinθr2 Với θ là góc giữa vector dl và r Phương dB vuông góc với vector dl và r, chiều tuân theo quy tắc vặn nút chai ‘‘quay sao cho nút chai tiến theo chiều dòng điện, khi đó chiều quay của nút chai sẽ chỉ chiều của vector cảm ứng từ’’. Trong quá trình động cơ điện hoạt động, nhiệt do động cơ sinh ra sẽ gây tổn hao tới động cơ và làm ảnh hưởng tới các bộ phận, thiết bị trong đó. Người ta chia ra làm 2 loại tổn hao : Tổn hao đồng, gây ra do điện trở của cuộn dây, làm phát nhiệt trên chính cuộn dây. Tổn hao từ hóa, gây ra do từ thông tản không móc vòng qua phần ứng, làm phát nhiệt. Phát nhiệt còn phụ thuôc vào chế độ làm việc của động cơ: Chế độ định mức liên tục, nhiệt độ tăng đến giá trị xác lập (nhiệt độ làm việc). Chế độ làm việc định mức ngắn hạn, nhiệt độ thăng giáng ít Chế độ làm việc gián đoạn lắp lại, nhiệt độ dao động trong phạm vi thấp hơn nhiệt độ làm việc. II.3 Động cơ điện một chiều. II.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Stator, phần tĩnh, là các cực lồi ghép từ lá thép kỹ thuật điện, và các cuộn dây quấn xung quanh. Rotor, phần ứng, là các cuộn dây đặt giữa các rãnh. Nguyên tắc hoạt động : Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor Pha 2: Rotor tiếp tục quay Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1 Từ trường tạo ra có dạng đập mạch, hiệu suất hoạt động thấp. Có 3 phương pháp nâng cao hiệu suất hoạt động: - Tăng số cuộn dây; - Tăng số đôi cực; - Tăng số vòng dây. II.3.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Phương trình đặc tính cơ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bố trí ở phần tĩnh có các cuộn dây kích từ sinh ra từ thông Φ, phần ứng là phần quay nối tiếp với điện áp lưới qua vành góp và chổi than. Tác động giữa từ thông Φ và dòng điện phần ứng Iư tạo nên mô men quay của động cơ. Khi động cơ quay các thanh dẫn phần ứng cắt qua từ thông Φ tạo nên sức điện động Eư. Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện kích từ độc lập được trình bày trên hình sau: Theo sơ đồ nguyên lý trên hình ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng (rôto) như sau: Uư = Eư + (Rư + Rp).Iư Trong đó: - Uư là điện áp phần ứng động cơ, (V) - Eư là sức điện động phần ứng động cơ (V). - Rư là điện trở cuộn dây phần ứng - Rp là điện trở phụ mạch phần ứng. - Iư là dòng điện phần ứng động cơ. Rư = rư + rct + rcb + rcp rư Điện trở cuộn dây phần ứng. rct - Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp. rcb - Điện trở cuộn bù. rcp - Điện trở cuộn phụ. Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rôto: Eư = KΦω K= pN/(2πa) là hệ số kết cấu của động cơ. Φ - Từ thông qua mỗi cực từ. p - Số đôi cực từ chính. N - Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng. a - Số mạch nhánh song song của cuộn ứng. Hoặc ta có thể viết: Eư = KeΦn Với ω=2πn/(60)=n/9.55 Vậy: Ke = K/ 9,55 = 0,105K Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây dẫn phần ứng khi có dòng điện, rôto quay dưới tác dụng của mômen quay: M = K.Φ.Iư Từ hệ 2 phương trình trên ta có thể rút ra được phương trình đặc tính cơ điện biểu thị mối quan hệ ω = f(I) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau: ω=UưK∅- Rư+ RpK∅.Iư Ta được phương trình đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ ω = f(M) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau: ω=UưK∅- Rư+ Rp(K∅)2.M Có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng khác: ω = ω0 - Δω Trong đó ω0 = UưK∅ gọi là tốc độ không tải lý tưởng ∆ω= Rư+ Rp(K∅)2.M gọi là độ sụt tốc độ Phương trình đặc tính cơ có dạng hàm bậc nhất y = B + Ax, nên đường biểu diễn trên hệ tọa độ M0ω là một đường thẳng với độ dốc âm. Đường đặc tính cơ cắt trục tung 0ω tại điểm có tung độ ω0= UưK∅. Tốc độ ω0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng khi không có lực cản nào cả. Đó là tốc độ lớn nhất của động cơ mà không thể đạt được ở chế độ động cơ vì không bao giờ xảy ra trường hợp MC = 0. Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ. Từ phương trình trên ta thấy có 3 yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính cơ đó là: từ thông Φ, điện áp phần ứng Uư và điện trở phần mạch ứng động cơ. + Ảnh hưởng của điện áp phần ứng Vì điện áp phần ứng không thể vượt quá giá trị định mức nên ta chỉ có thể thay đổi về phía giảm. Uư biến đổi; Rp = const; Φ = const Trong phương trình đặc tính cơ, ta thấy độ dốc (hay độ cứng) đặc tính cơ không thay đổi: - Rư+ RpK∅2.M=const Tốc độ không tải lý tưởng ω0 thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp: ω0 = UưK∅ Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng ta được một họ các đường đặc tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên và thấp hơn đường đặc tính cơ tự nhiên. + Trường hợp thay đổi điện trở mạch phần ứng Giả thiết Uư = Uđm và Φ = Φđm Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng, ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. ω=UđmKΦđm= const Độ cứng đặc tính cơ: β= dMdω= -(KΦđm)2Rư+ Rf Tức là khi tăng điện trở phụ thì độ cứng đặc tính cơ suy giảm + Ảnh hưởng của từ thông Uư = const ; Rưf = const; Φ = var Để thay đổi từ thông Φ, ta phải thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc ở mạch kích từ của động cơ. Vì chỉ có thể tăng điện trở mạch kích từ nhờ Rkt nên từ thông kích từ chỉ có thể thay đổi về phía giảm so với từ thông định mức. Trường hợp này, cả tốc độ không tải lý tưởng và độ dốc đặc tính cơ đều thay đổi. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song) Các phương pháp thường dùng là: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng Các hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện một chiều Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ) Hệ F - Đ đơn giản Hệ F - Đ có phản hồi âm áp, dương dòng. Hệ F - Đ có phản hồi âm tốc độ II.3.3 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Đặc tính cơ Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng như sơ đồ nguyên lý ở hình dưới. Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Với cách mắc nối tiếp, dòng điện kích từ bằng dòng điện phần ứng Ikt = Iư nên cuộn dây kích từ nối tiếp có tiết diện dây lớn và số vòng dây ít. Từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng, tức là phụ thuộc vào tải: Φ = K’.Iư Trong đó K' là hệ số phụ thuộc vào cấu tạo của cuộn dây kích từ. Phương trình trên chỉ đúng khi mạch từ không bão hoà từ và khi dòng điện Iư Iđm) thì có thể coi Φ = const vì mạch từ đã bị bão hòa. Sự phụ thuộc giữa từ thông và dòng phần ứng động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Xuất phát từ các phương trình cơ bản của động cơ điện một chiều nói chung: Uư = Eư + (Rư + Rưf).Iư Eư = K.Φ.ω M = K.Φ.Iư = K.K’.I2u Ta có thể tìm được phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: ω= UK.K'.M-RưΣK.K' Đồ thị đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp là một đường hyperbol. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. Thực tế, động cơ thường được thiết kế để làm việc với mạch từ bảo hòa ở vùng tải định mức. Do vậy, khi tải nhỏ, đặc tính cơ có dạng đường hypecbol bậc 2 và mềm, còn khi tải lớn (trên định mức) đặc tính có dạng gần thẳng và cứng hơn vì mạch từ đã bảo hòa (f = const). Khi MC = 0 (Iư = 0), theo phương trình đặc tính cơ (2.13) thì trị số ω sẽ vô cùng lớn. Thực tế do có lực ma sát ở cổ trục động cơ và mạch từ khi Ikt = 0 vẫn còn có từ dư nên khi không tải MC ≈ 0, tốc độ động cơ lúc đó sẽ là: ω0= UK.∅dư Tốc độ này không phải lớn vô cùng nhưng do từ dư Φdư nhỏ nên ω0 cũng lớn hơn nhiều so với trị số dịnh mức (5÷6)ωđm và có thể gây hại và nguy hiểm cho hệ truyền động điện. Vì vậy không được để động cơ một chiều kích từ nối tiếp làm việc ở chế độ không tải hoặc rơi vào tình trạng không tải. Không dùng động cơ một chiều kích từ nối tiếp với các bộ truyền đai hoặc ly hợp ma sát... Thông thường, tải tối thiểu của động cơ là khoảng (10÷20)% định mức. Chỉ những động cơ công suất rất nhỏ (vài chục Watt) mới có thể cho phép chạy không tải. Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ Ở động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, dòng điện phần ứng cũng là dòng điện kích từ nên khả năng tải của động cơ hầu như không bị ảnh hưởng bởi điện áp. Phương trình đặc tính cơ ω = f(M) của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp cho thấy đặc tích cơ bị ảnh hưởng bởi điện trở mạch động cơ (mạch phần ứng và cũng là mạch kích từ). Đặc tính cơ tự nhiên cao nhất ứng với điện trở phụ Rưf = 0. Các đặc tính cơ nhân tạo ứng với Rưf ≠ 0. Đặc tính càng thấp khi Rưf càng lớn. Ảnh hưởng của điện trở mạch phần ứng tới đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. Trị số Mmm suy từ phương trình đặc tính cơ khi cho ω = 0 Mmm=K.K'.URư2 Nhận xét Về cấu tạo, động cơ một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ chịu dòng lớn, nên tiết diện to và số vòng dây ít. Nhờ đó nó dễ chế tạo và ít hư hỏng hơn so với động cơ một chiều kích từ độc lập. Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mômen. Khi có cùng một hệ số quá tải dòng điện như nhau thì mômen của động cơ một chiều kích từ nối tiếp lớn hơn mômen của động cơ một chiều kích từ độc lập (ĐMđl). Thực vậy, lấy ví dụ khi cho quá tải dòng Iqt = 1,5Iđm thì mômen quá tải của ĐMđl là : Mqt = KΦđm.1,5Iđm = 1,5Mđm, nghĩa là hệ số quá tải mômen bằng hệ số quá tải dòng điện: KqtM = KqtI = 1,5. Trong khi đó, mômen của ĐMnt tỷ lệ với bình phương dòng điện, nên M'qt =K.C.I2 = K.C.(1,5Iđm)2 = 1,52.Mđm = 2,25 Mđm, nghĩa là hệ số quá tải mômen bằng bình phương lần của hệ số quá tải dòng điện: K'qtM = K2qtI. Mômen của ĐMnt Không phụ thuộc vào sụt áp trên đường dây tải điện, nghĩa là nếu giữ cho dòng điện trong động cơ định mức thì mômen động cơ cũng là định mức, cho dù động cơ nối ở đầu đường dây hay ở cuối đường dây. II.4 Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha. Khi cho dòng điện 3 pha vào 3 cuộn dây đặt lệch nhau 1200 trong không gian thì từ trường tổng do 3 cuộn dây tạo ra là một từ trường quay. Nếu trong từ trường quay này có đặt các thanh dẫn điện thì từ trường quay sẽ quét qua các thanh dẫn điện và làm xuất hiện một sức điện động cảm ứng trong các thanh dẫn. Nối các thanh dẫn với nhau và làm một trục quay thì trong các thanh dẫn sẽ có dòng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải. Từ trường quay lại tác dụng vào chính dòng cảm ứng này một từ lực có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái và tạo ra một mômen làm quay lồng trụ và các thanh dẫn theo chiều quay của từ trường quay. Để mômen đều hơn, các thanh dẫn thường được đặt hơi chéo. Cấu tạo: Giống như các loại máy điện quay khác ,động cơ không đồng bộ ba pha gồm có các bộ phận chính sau : + phần tỉnh hay còn gọi là stato gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn. + phần quay hay còn gọi là roto II.4.1 Phương trình đặc tính cơ Khi coi 3 pha động cơ là đối xứng, được cấp nguồn bởi nguồn xoay chiều hình sin 3 pha đối xứng và mạch từ động cơ không bão hoà thì có thể xem xét động cơ qua sơ đồ thay thế 1 pha. đó là sơ đồ điện một pha phía stator với các đại lượng điện ở mạch rôto đã quy đổi về stator. Qua một quá trình biến đổi, ta có phương trình đặc tính cơ khi tính toán trên sơ đồ thay thế ở trên: M= 3.U1ph2R2's.ω0R1+ R2's+Xnm2 Trong đó Xnm=X1+X2' là điện kháng ngắn mạch Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K. Tại điểm đó: dMds=0 Ta nhận thấy, đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ là một đường cong phức tạp và có 2 đoạn AK và KB, phân giới bởi điểm tới hạn K. Đồ thị đường đặc tính cơ động cơ không đồng bộ 3 pha Đoạn đặc tính AK gần thẳng và cứng. Trên đoạn này, mômen động cơ tăng thì tốc độ động cơ giảm. Do vậy, động cơ làm việc trên đoạn đặc tính này sẽ ổn định. Đoạn KB cong với độ dốc dương. Trên đoạn này, động cơ làm việc không ổn định. II.4.2 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ Phương trình đặc tính cơ cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều 3 pha KĐB chịu ảnh hưởng của nhiều thông số điện: Điện áp lưới U1ph, điện trở mạch rotor R2', điện trở R1 và điện kháng X1 ở mạch stator, tần số lưới f1, số đôi cực p của động cơ. Khi các thông số này thay đổi sẽ gây ra biến động các đại lượng: Tốc độ đồng bộ: ω0= 2πf1p Độ trượt giới hạn: sth= R2R12+ Xnm2 Momen tới hạn: Mth= 3.U1ph22.ω0R1+Xnm2+R12 II.4.2.1 Trường hợp thay đổi điện áp U1ph Điện áp U1ph đặt vào Stator động cơ chỉ có thể thay đổi về phía giảm. Khi U1ph giảm thì mômen tới hạn Mth sẽ giảm rất nhanh theo bình phương của U1ph, còn tốc độ đồng bộ ω0 và độ trượt tới hạn sth không thay đổi. Các đặc tính cơ khi giảm điện áp như hình bên. II.4.2.2 Thay đổi điện trở R2’ Trường hợp này chỉ có đối với động cơ rotor dây quấn vì mạch rotor có thể nối với điện trở ngoài qua hệ vòng trượt - chổi than. Động cơ rotor lồng sóc (hay rotor ngắn mạch) không thể thay đổi được điện trở mạch rotor. Việc thay đổi điện trở mạch rotor chỉ có thể thực hiện về phía tăng điện trở R2'. Khi tăng R2' thì độ trượt tới hạn sth cũng tăng lên, còn tốc độ đồng bộ ω0 và mômen tới hạn Mth giữ nguyên. Các đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở mạch rotor được biểu diễn như hình vẽ. Điện trở mạch rotor càng lớn thì đặc tính càng dốc. II.4.2.3 Trường hợp thay đổi điện trở R1, điện kháng X1 ở mạch Stator Trường hợp này cũng chỉ thay đổi về phía tăng R1 hoặc X1. Sơ đồ nối dây như hình của thay đổi R2’ Khi nối thêm vào mạch Stator R1 hoặc X1 thì ta thấy tốc độ đồng bộ ω0 không đổi, còn độ trượt tới hạn sth và mômen tới hạn Mth đều giảm. Hình vẽ trên biểu thị các đặc tính cơ nhân tạo khi tăng trở kháng mạch stator và khi giảm điện áp cấp cho stator. Các đặc tính được vẽ trong trường hợp này có cùng mômen mở máy Mmm. Đặc tính tăng X1 (đường 2) cứng hơn đặc tính tăng R1 (đường 3) và đặc tính tăng R1 cứng hơn đặc tính giảm điện áp (đường 4). II.4.2.4 Trường hợp thay đổi số đôi cực p Khi số đôi cực thay đổi thì tốc độ đồng bộ ω0 bị thay đổi. Thông thường, động cơ loại này được chế tạo với cuộn cảm stator có nhiều đầu dây ra để có thể đổi cách đấu dây tương ứng với số đôi cực nào đó. Tuỳ theo khả năng đổi nối mà động cơ KĐB được gọi là động cơ có 2,3,4... cấp tốc độ. Do số đôi cực thay đổi nhờ đổi nối cuộn cảm stator nên các thông số U1ph đặt vào cuộn pha, trở kháng R1 và cảm kháng X1 có thể bị thay đổi. Từ đó, độ trượt tới hạn sth và mômen tới hạn Mth có thể khác đi. II.4.2.5 Trường hợp thay đổi tần số f1 của nguồn điện áp cấp Khi điện áp nguồn cung cấp cho động cơ có tần số (f1) thay đổi thì tốc độ từ trường ωo và tốc độ của động cơ ω sẽ thay đổi theo. Vì ωo = 2p.f1/p, và X = ω.L, nên ωo = f1, ω = f1 và X = f1. Qua đồ thị ta thấy:Khi tần số tăng (f13 > f1.đm), thì Mth sẽ giảm, (với điện áp nguồn U1 = const) thì : Mth≅ 1f12 Khi tần số nguồn giảm (f11 < f1đm, …) càng nhiều, nếu giữ điện áp u1 không đổi, thì dòng điện động cơ sẽ tăng rất lớn. Do vậy, khi giảm tần số cần giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho động cơ sinh ra mômen như trong chế độ định mức. II.4.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều 3 pha KĐB Các phương pháp điều chỉnh tốc độ: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ. II.5 Động cơ điện xoay chiều đồng bộ ba pha. Cấu tạo: Stator có cấu tạo là 3 cuộn dây đặt lệch nhau một góc 120 độ. Điện áp đặt vào là 3 pha. Rotor có cấu tạo nam châm điện hoặc cuộn dây quấn quanh lõi sắt từ. II.5.1 Đặc tính cơ Khi đóng stato của động cơ đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f1 không đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ đồng bộ không phụ thuộc vào tải: ω0= 2πf1p Sơ đồ nối dây và đặc tính cơ động cơ đồng bộ 3 pha Như vậy đặc tính cơ của động cơ ĐĐB này trong phạm vi