Giáo trình Trang bị điện tàu thủy

ở máy, điều chỉnh tốc độ, hãm máy, đảo chiều quay và duy trì chế độ làm việc của các hệ thống theo các yêu cầu đặt ra bằng các khí cụ điện và thiết bị điện. Truyền động điện tự động làm tăng năng suất lao động tăng, giảm nhẹ cường độ lao động nặng nhọc. * Yêu cầu của một hệ truyền động điện tự động: - Đơn giản, gọn nhẹ, số lượng máy móc, khí cụ sử dụng ít nhất. - Độ tin cậy và an toàn của máy móc cao, sơ đồ lắp ráp hợp lý có đặt bảo vệ đầy đủ. - Thao tác, vận hành dễ dàng thuận tiện. - Hoạt động rõ ràng, phân minh. Một hệ truyền động điện bao gồm động cơ điện, cơ cấu truyền, máy công tác và hệ thống điều khiển kiểm tra. Sơ đồ khối: 2. Phân loại a. Truyền động điện nhóm: Một động cơ điện kéo nhiều máy công tác. Lực từ động cơ được đưa lên trục chính qua hệ thống đai và trục phân chia động lực cho các máy. Kết cấu tàu rườm và hiệu suất truyền cơ khí thấp. Sử dụng điện không hợp lý. Hình 5-1: Hình thức truyền động điện nhóm Động cơ điện Cơ cấu truyền Máy công tác MĐK MSX1 MSX2 MSX2 Trục chính BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 51 b. Truyền động điện đơn: Một máy công tác được truyền động bằng một động cơ riêng. c. Truyền động điện kép: Một máy công tác được truyền động bởi nhiều động cơ. 3. Nguyên tắc đọc và phân tích mạch điều khiển Trên sơ đồ điện tất cả các thiết bị đều được thể hiện ở trạng thái không chịu kích thích về cơ, điện, nhiệt bên ngoài tác động vào. Ví dụ: công tắc tơ, rơle được thể hiện ở trạng thái không có dòng điện chạy qua cuộn dây, bộ khống chế được thể hiện ở trạng thái tay quay ở vị trí 0, nút nhấn thể hiện ở trạng thái không có lực ấn tác dụng lên nó. Sơ đồ điện thể hiện ba dạng: Sơ đồ nối dây, sơ đồ nguyên lý và sơ đồ khai triển a. Sơ đồ nối dây: là sơ đồ thi công lắp đặt. b. Sơ đồ nguyên lý: Mối quan hệ về điện của hệ thống truyền động được thể hiện trên sơ đồ nguyên lý, nó thể hiện đầy đủ các phần tử của hệ thống và không xét đến vị trí tương quan thực tế mà chủ yếu chỉ xét đến vị trí thực hiện chức năng của nó. Trong sơ đồ nguyên lý có hai loại mạch điện: - Mạch động lực: bao gồm mạch phần ứng của các máy điện DC, mạch rôto , mạch stolo của các động cơ điện AC, mạch đầu ra của bộ biến đổi động lực. - Mạch điều khiển: Bao gồm mạch của các cuộn dây công tác tơ, rơle, nút ấn điều khiển, các khí cụ chỉ huy, kể cả mạch tín hiệu và bảo vệ. c. Sơ đồ khai triển: Sơ đồ nguyên lý chủ yếu tìm hiểu nguyên lý làm việc của mạch điện, nguyên tắc làm việc của hệ thống, do vậy trong những hệ thống phức tạp khi thiết kế có thể bỏ bớt đi những phần phụ, phần đo lường, tín hiệuSơ đồ khai triển thể hiện đầy đủ tất cả các chi tiết này và sơ đồ nguyên lý. Đối với hệ thống dùng các phần tử logic, sơ đồ này phải thể hiện luôn phần cấp nguồn và nối mass. 4. Mômen trong truyền động điện Qui ước chiều quay thuận của roto là chiều quay ngược chiều kim đồng hồ mang dấu + và ngược lại. - Mđ: Mômen do động cơ sản sinh ra, khi cùng chiều quay thuận của rôto cũng mang dấu +. - Mc: Mômen cản trên trục động cơ, gồm 2 loại: + Mc phản kháng: luôn luôn chống lại chuyển động của động cơ, chiều tác dụng của nó thay đổi khi chiều chuyển đổng thay đổi. (Ví dụ: Mms, Mc của máy cắt gọi kim loại, Mc tác dụng lên bánh lái). + Mc thế năng: Chiều tác dụng không đổi có thể chống lại hoặc hỗ trợ chuyển động. Ví dụ: Mômen cản của trong vật cơ cấu nâng hạ. 5. Biểu diễn các chế độ làm việc của động cơ trên hệ trục tọa độ BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 52 (xem Mms <<Mt) * Chế độ nâng tải: MĐ = Mc = Mt + Mms (MĐ >0, n>0) * Chế độ hạ tải : MĐ = Mms -Mt * Chế độ hãm hạ: MĐ = Mt – Mms-Mt (Dùng hạ tải trọng nặng, tốc độ hạ thấp). Mt đóng vai trò động lực, còn MĐ ghìm chuyển động. * Chế độ hãm dừng: Mômen MĐ ngược chiều chuyển động. II. NGUYÊN TẮC TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1. Mở máy - Nếu động cơ điện một chiều có công suất P < 1/10 công suất của nguồn thì ta có thể mở máy trực tiếp được, nếu động cơ có công suất lớn, ta nên mở máy gián tiếp để giảm dòng mở máy ban đầu. Từ phương trình cân bằng điện áp của phần ứng động cơ: U=Eư+Iư.rư, với sức điện động phần ứng: Eư =Ke.n., ta thấy khi tốc độ quay của động cơ: n = 0, lúc đó Eư = 0 nên dòng điện mở máy động cơ điện một chiều: Iư = U/rư = (10÷30)Iđm rất lớn. Để giảm dòng mở máy đối với động cơ điện một chiều, ta nối thêm vào phần ứng của động cơ một số điện trở phụ nối tiếp và sau khi mở máy xong ta phải loại bỏ các điện trở này để tốc độ quay của động cơ đạt định mức. a. Điều khiển mở máy theo nguyên tắc thời gian Để đảm bảo được số cấp mở máy ta cần phải tính thời gian của từng cấp và chỉnh định rơle thời gian tác động chính xác. M n MC IV - M I M n MC + M M n III MC -n n II M +n Haõm döøng Naâng taûi Hạ taûi Hãm hạ tải trọng nặng BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 53 Trong mạch động lực, phần ứng động cơ nối tiếp với hai cấp điện trở phụ r1 và r2, để đảm bảo quá trình mở máy qua hai cấp điện trở phụ theo đặc tính cơ và đặc tính thời gian n(t), i(t). Nguyên lý làm việc của mạch: Khi chưa ấn nút M, tiếp điểm K (5-6). Đóng nên cuộn dây rơle thời gian Rth1 có điện mở tiếp điểm của nó ở (9-11). Ấn nút M, cuộn dây công tắc tơ K (5-4) có điện sẽ đóng tiếp điểm duy trì (3-5) và đấu động cơ Đ vào lưới điện có hai điện trở phụ r1 và r2 tham gia vào mạch phần ứng, đặc tính cơ 1 có đoạn làm việc AB. Mặt khác, tiếp điểm K(7-4) cũng đóng lại nhưng cuộn dây tắc tơ gia tốc G1 chưa có điện. Tiếp điểm K (5-6) mở ra nên cuộn dây Rth1 mất điện và tiếp điểm Rth1 (9-11) sau một thời gian t1 đóng lại. Khi đó cuộn dây G1 có điện và đóng tiếp điểm của nó trong mạch phần ứng để cắt điện trở phụ r1 khỏi phần ứng, điểm làm việc trên đặc tính cơ chuyển từ B sang đường 2 (điểm C). Hình 5.2: Mở máy động cơ điện một chiều theo nguyên tắc thời gian Ngay từ khi đóng K trong mạch động lực, dòng điện mở máy của động cơ tăng lên nên độ rơi điện áp Ir1 trên điện trở r1 đủ lớn để cuộn dây Rth2 tác động và mở ngay tiếp điểm Rth2 (11 – 13) không cho công tắc tơ G2 tác động trước G1, chỉ đến khi G1 đã cắt r1 ra thì lập tức cuộn dây Rth2 bị ngắn mạch (URth2 = 0) nên tiếp điểm Rth2 sau thời gian t2 đóng lại và G2 có điện để đóng tiếp điểm của nó trong mạch động lực, cắt điện trở r2 khỏi mạch phần ứng, điểm làm việc trên đặc tính cơ chuyển từ D sang E, đường 3 là đặc tính cơ tự nhiên và động cơ làm việc ổn định tại F. c. Điều khiển mở máy theo nguyên tắc tốc độ. Nguyên lý làm việc: M - 13 n Mc I2 I1 A C E B D F o CD + 1 5 7 RTh2 K RTh1 G1 G2 K K K K 9 RTh1 11 RTh2 D 3 M 5 r1 r2 ĐC G2 G1 CKT 10 8 6 4 2 0 0 0 0 BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 54 Mở máy, ấn nút M, cuộn dây công tắc tơ K có điện và đóng tiếp điểm K dấu động cơ vào lưới nhưng G1 và G2 vẫn chưa tác động cho nên điện trở r1 và r2 vẫn tham gia vào mạch phần ứng. Hình 5.3: Sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều hai cấp tốc độ Sau một thời gian t1, điện áp đặt vào cuộn dây công tắc tơ G1 là: UG1 = C.e.n1+ I(rư + r2) Nghĩa là bằng trị số tác động G1 và tiếp điểm G1 của nó đóng lại để cắt điện trở r1 ra khi đó điện áp trên cuộn dây G2 là: UG2 = C.e.n1 còn rất nhỏ (n2 = 2n1). Sau một thời gian t = t1 + t2, tốc độ động cơ đạt trị số n2, điện áp G2 lúc đó UG2 = C.e.n2 đủ trị số tác động của nó để đóng tiếp điểm, cắt luôn điện trở phụ r2 khỏi mạch phần ứng. Động cơ làm việc ở đặc tính tự nhiên. d. Điều khiển mở máy theo nguyên tắc dòng điện Hình 5.4 Sơ đồ điều khiển động cơ điện DC theo nguyên tắc dòng điện + K K 0 0 0 0 D M G1 G2 ÑC CKT G1 G2 r2 r1 K + CC G2 8 4 2 K G1 RI 13 11 G1 9 RI 7 Rtr 6 6 K K RN 5 M 3 D CKT RN G2 CC K Rtr G1 G2 RI R1 G1 ĐC R2 BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 55 Ấn nút M, công tắc tơ K có điện đóng động cơ vào lưới với hai điện trở phụ. Khi đó rơle dòng điện RI có điện và mở ngay RI(7 – 9), K(6 – 8) đóng cuộn dây RTr có điện đóng RTr(6 – 7) nhưng cuộn G1 chưa có điện. Sau một thời gian t1 khi dòng điện khởi động giảm đến dòng điện nhả của rơle RI thì tiếp điểm RI (7 – 9) đóng lại và G1 có điện để cắt điện trở r1 khỏi mạch phần ứng và đóng G1 (7 – 9) để duy trì, đóng G1 (9 – 11) cho G2 chuẩn bị làm việc tiếp. Khi tiếp điểm G1 đóng, để ngắn mạch điện trở phụ r1 thì dòng điện tác động lại tăng lên đến trị số I1 làm cho rơle RI tác động ngay và mở RI (11 – 13) để không cho G2 làm việc ngay, chờ một thời gian t2 đến khi dòng điện lại giảm xuống đến trị số RI nhả và đóng tiếp điểm RI (11 – 13) lại để G2 có điện cắt r2 khỏi nạch phần ứng. khi đó động cơ được mở máy xong và chuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên. Nguyên tắc dùng rơle thời gian sử dụng rộng rải nhất. 2. Các trạng thái hãm của động cơ một chiều Trang thái là trạng thái làm việc mà động cơ sinh ra mômen điện từ ngược với chiều quay của rôto. Động cơ điện làm ở trạng thái hãm với những trường hợp sau: - Giảm tốc độ hay ngừng hệ thống. - Giữ cho hệ thống làm việc ổn định khi mômen phụ tải mang tính thế năng (hạ tải trọng trong cơ cấu cần trục). - Ghìm cho hệ thống đứng im khi nó chịu một lực tác dụng có xu hướng chuyển động. a. Hãm ngược * Hãm bằng cách đổi cực tính của điện áp đặt vào phần ứng Khi đổi cực tính, mômen điện từ đổi chiều, do động năng tích trữ trong hệ thống mà động cơ vẫn tiếp tục quay theo chiều cũ. Mônen điện từ ngược chiều quay động cơ và làm động cơ quay chậm lại. Khi nđc=0 ta cắt phần ứng ra khỏi lưới điện. Phương pháp này thường dùng để hãm dừng động cơ trong cơ cấu nâng cần trục. Hình 5.5 Sơ đồ hãm ngược động cơ điện DC khi đổi cực tính phần ứng n + M ĐC Rđc CKT Rp + f M n -M M n M nđm n M BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 56 * Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng (rẽ mạch phần ứng) Khi đang làm việc ở trạng thái động cơ với phụ tải mang tính chất thế năng, nếu đưa điện trở phụ có trị số đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơ, động cơ sẽ giảm tốc dộ và có thể đổi chiều quay, làm việc ở trạng thái hãm ngược. Lúc này Mômen MĐ sinh ra nhỏ hơn MC nên tốc độ giảm. Tại điểm C tốc độ n = 0 do tác động của MC nên động cơ quay ngược và làm việc ổn định với tốc độ nođ. Phương pháp này thường được áp dụng để hạ tải trọng nặng trong cơ cấu nâng hạ hàng. Trạng thái hãm hạ này tốn hao nhiều năng lượng trên điện trở phụ. Hình 5.6 Sơ đồ hãm ngược động cơ điện DC khi rẽ mạch phần ứng b. Hãm động năng Khi đang làm việc ở trạng thái động cơ, nếu cắt phần ứng của động cơ ra khỏi lưới điện và đóng kín với một điện trở phụ, động cơ sẽ làm việc với trạng thái hãm động năng. Lúc này nhờ động năng tích trữ trong hệ thống truyền động mà rôto động cơ tiếp tục quay. Động cơ làm việc như một máy phát điện cung cấp điện cho điện trở hãm rh, dòng điện Iư lúc này sẽ ngược chiều với trạng thái làm việc ban đầu. Sức điện động E ban đầu đặt lên RH lớn làm rơ le RH tác động, tiếp điểm RH đóng cung cấp điện cho công tắc tơ H, tiếp điểm công tắc tơ H đóng nối điện trở hãm rh vào hai đầu phần ứng. Điện trở rh có trị số lớn nên động cơ bị quá tải, tốc độ giảm nhanh . Khi tốc độ động cơ giảm, sức điện động E giảm, RH không làm việc, công tắc tơ H mất điện, loại điện trở hãm ra, kết thúc quá trình hãm động năng. Hình 5.7 Sơ đồ hãm động năng động cơ điện DC Mc Mc M M Mc Mc Mc + M ĐC Rđc Rp n f n n M noñ ĐC + HÑN n M f K K K K RH D M rh H + CKT 0 0 0 0 - K RH + H K BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 57 3. Đổi chiều động cơ điện DC Muốn đảo chiều quay của động cơ điện phải đổi dấu trong một hai đại lượng: điện áp U đặt lên phần ứng của động cơ hay từ thông kích từ. Thường phương pháp đổi cực tính điện áp phần ứng được áp dụng phổ biến hơn phương pháp đổi từ thông. Do cuộn dây kích từ có nhiều vòng, hệ số tự cảm quá lớn làm thời gian quá độ khi đổi chiều tăng lên. Mặt khác khi động cơ đang quay nếu vẫn đặt điện áp lên cuộn dây phần ứng mà ta đảo chiều từ thông, thì trong quá trình đổi dấu, từ thông sẽ biến thiên qua những giá trị rất bé gây nên hiện tượng quá tốc độ làm vượt quá điều kiện bền của cổ góp và các đai chêm của cuộn dây phần ứng. Hình 5.8 Sơ đồ đổi chiều động cơ điện DC III. CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU, KHÔNG ĐỒNG BỘ 1. Khởi động trực tiếp có đảo chiều Khởi động theo chiều thuận nhấn MT. T có điện động cơ được tiếp điểm T thường mở đóng lại để duy trì. Tiếp điểm T thường đóng mở ra không cho N làm việc khi T đang làm việc. Muốn đảo chiều động cơ phải ấn nút dừng D lúc đó T mất điện cắt động cơ ra khỏi lưới. Còn tiếp điểm T thường đóng T đóng lại chuẩn bị khởi động ngược. Nhấn MM, N có điện đóng động cơ theo thứ tự pha ngược. Tiếp điểm thường đóng N làm nhiệm vụ khóa lẫn. Hình 5.9 Sơ đồ khởi động trực tiếp có đảo chiều BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 58 3. Khởi động có hạn chế dòng khởi động Nhấn M, K và Rth có điện đồng thời điện áp khi mở máy tiêu hao một phần trên điện trở phụ R. Sau thời gian chỉnh định Rth (5 – 7) đóng, G có điện, đóng các tiếp điểm thường mở G, cắt R ra khỏi stato, động cơ làm việc ổn định. Thời gian chỉnh định Rth đủ cho dòng khởi động giảm xuống Hình 5.10 Sơ đồ khởi động gián tiếp với điện trở phụ nối vào Stato 4. Khởi động Y -  Trên hình vẽ, việc đóng điện cho động cơ nhờ các tiếp điểm chính của công tắc tơ K. Nối cuộn dây pha của stato (A – X) (B – Y) (C – Z) theo hình sao nhờ công tắc tơ KY, theo hình tam giác nhờ K∆ Ở trạng thái ban đầu của sơ đồ, tất cả các thiết bị đều chưa có điện, do đó tiếp điểm thường đóng mở chậm của rơle thời gian Rth1 đóng và tiếp điểm thường đóng K∆ đóng. Khi đóng nút khởi động M thì cuộn dây Rth, K, Ky có điện. K đưa điện vào động cơ, Ky nối dây quấn động cơ thành hình Y . Khi hết thời gian chỉnh định tiếp điểm Rth1 thường đóng mở ra, tiếp điểm Rth1 thường mở đóng lại, K∆ có điện nối dây quấn lại hình . Hình 5.11 Sơ đồ khởi động gián tiếp theo phương phápY -  K D M R th R th G RN RN 1 2 CC K ÑC K G RN 1 RN 2 r p K A B C X Y Z K K Y RN 1 2 RN 2 R D K M th th R K 1 RN RN CC K Y K K Y K R th BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 59 5. Khống chế mở máy động cơ không đồng bộ roto dây quấn theo nguyên tắc dòng điện có hai cấp mở máy. Hình 5.12 Sơ đồ khởi động gián tiếp theo nguyên tắc dòng điện Mở máy, ấn nút M, cuộn dây công tắc tơ K có điện đóng tiếp điểm K đấu động cơ vào lưới, tiếp điểm K đóng thì rơle trung gian có điện và đóng tiếp điểm Rtr. Các công tắc tơ G1 và G2 chuẩn bị làm việc. Dòng khởi động của động cơ tăng lên I1, RI1 và RI2 làm việc các tiếp điểm thường đóng RI1 ra. RI2 mở ra nên G1 và G2 không làm việc, động cơ làm việc với toàn bộ điện trở phụ. Khi tốc độ dòng điện tăng lên dòng điện roto giảm đến I2 bằng dòng điện nhả của RI1 và RI2 thì RI1 và RI2 ngưng làm việc, tiếp điểm RI1 và RI2 đóng, G1 có điện ngắn mạch cấp điện trở phụ r1, dòng khởi động lại tăng lên I1, RI1 và RI2 làm việc tiếp điểm RI1, RI2 lại mở nhưng G1 có tiếp điểm duy trì. Sau một thời gian, tốc độ tăng lên, Ilđ giảm đến I2, RI1 và RI2 ngưng làm việc đóng tiếp điểm G2 có điện ngắn mạch điện trở phụ r2, động cơ làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên. Quá trình mở máy kết thúc. Rơle Rtr có tác dụng kéo dài thời gian để RI1 kịp mở tiếp điểm của nó nếu không thì khi K có điện là G1 và G2 có điện liền cắt r1 và r2 ngay lập tức, 2RN bảo vệ quá tải. Dừng máy ấn nút D 6. Hãm ngược Hình 5.13 Sơ đồ hãm ngược K 1 RN RN 2 ÑC RI RI 1 2 r r r r 1 2 1 2 1 G G 1 2 G G 2 M D K CC R RN 1 RN 2 tr K K R tr RI 2 RI 1 G 1 G 2 G 2 G 1 M max M n n 1 r + o r o r2 r o + r 2 + r 1 G 1 1K ÑC R kt 2K A B C CC D M 1K 2K 1K 1K kt R 2K Rkt: rôle kiểm tra tốc độ BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 60 Khởi động, ấn nút M khởi động từ 1K làm việc đóng động cơ vào lưới khi tốc độ đủ lớn, rơle RKT làm việc, đóng tiếp điểm thường mở của nó đóng mạch cuộn dây của 2K, tuy vậy tuy 2K không làm việc bởi vì lúc động cơ làm việc tiếp điểm thường đóng 1K trong mạch cuộn dây 2K ở trạng thái mở. Khi ấn nút dừng D, 1K mất điện, tiếp điểm thường đóng 1K đóng mạch cuộn dây hút 2K động cơ lại được đóng vào lưới nhờ tiếp điểm 2K ở mạch động lực. Động cơ được hãm ngược, tốc độ của nó giảm nhanh. Quá trình hãm ngược được kết thúc khi tốc độ động cơ đủ để tiếp điểm RKT mở ra cắt điện 2K và động cơ được cắt khỏi lưới. Rơle kiểm tra tốc độ và thiết bị khá tin cậy và đơn giản, được sử dụng tốt trên thực tế ngay ở chế độ làm việc lặp lại, người ta chỉnh định rơle RKT sao cho động cơ sẽ được cắt ra khỏi lưới ở thời điểm roto ngừng quay. 7. Hãm động năng Hình 5.14 Sơ đồ hãm động năng Khi động cơ đang quay cắt stato động cơ khỏi nguồn AC, đóng một cuộn dây statovào nguồn DC. Dòng DC này sinh ra một từ trường đứng yên so với stato. Giả sử từ thông có chiều như mũi tên trên hình, roto động cơ theo quán tính vẫn quay theo chiều cũ, các thanh dẫn roto sẽ cắt từ trường đứng yên nên xuất hiện trong nó một sức điện động cảm ứng e2, do đó i2 cùng chiều, thanh dẫn mang i2 nằm trong từ trường làm xuất hiện lực F ngược chiều n, làm hãm động năng và e2 giảm dần. IV. CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUAY CỦA ĐỘNG CƠ 1. Khái niệm và các chỉ số điều chỉnh Điều chỉnh tốc độ quay là biện pháp thay đổi vận tốc của động cơ, làm cho động cơ làm việc trên các đường đặc tính khác nau hoặc giữ cho vận tốc động cơ không đổi khi Mc thay đổi. Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả điều chỉnh - Khả năng điều chỉnh: min max n nD  - Tính dễ dàng điều chỉnh: Số lượng vận tốc ta nhận được trong vùng điều chỉnh. ÑC RKT H A B C C C D M K H K K H H K K + _ o + B n F F B . + BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 61 - Tính ổn định: Nói lên độ cứng của đường đặc tính cơ khi ta thay đổi vận tốc (Độ cứng tương đương với tính ổn định, n M    - Tính kinh tế: Nói lên sự hao thêm về năng lượng hoặc về thiết bị, vốn đầu tư cho các phương pháp điều chỉnh mà ta sử dụng. - Hướng điều chỉnh: Là khả năng thay đổi tốc độ quay của động cơ điện lên phía trên hay phía dưới đường đặc tính cơ bản. 2. Điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện một chiều Tốc độ quay của động cơ được tính bằng công thức: Để thay đổi tốc độ quay của động cơ có thể thay đổi Rư, U hoặc KT. a. Thay đổi Rư - Phạm vi điều chỉnh: 1 5 D (vùng điều chỉnh rộng) - Có khả năng thay đổi nhiều vận tốc, dễ điều khiển. * Nhược điểm: - Độ dốc đặc tính cơ giảm. - Hướng điều chỉnh dưới đường đặc tính cơ. - Tiêu hao năng lượng trên điện trở phụ. b. Thay đổi từ thông kích từ - Khi sử dụng phương pháp này phải đảm bảo điều kiện:  ≠ 0 vì khi nmax ≥ 3nđm lực li tâm sẽ làm hỏng roto, việc đổi chiều khó khăn. - Có thể điều chỉnh vô cấp bằng cách chỉnh biến trở để điều chỉnh từ thông. - Đặc tính cơ càng mềm khi tốc độ càng cao. - Phương pháp này cho ta n > nđm và n < nđm. - Tổn hao phụ khi điều chỉnh không đáng kể. + ĐC CKT R2 R1 M N Rư + R2 + R1 Rư + R2 Rư G2 G1 KTe uu K RIUn . .  BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 62 c. Thay đổi điện áp U Uđm > U1 > U2 > U3 Suy ra nđm > nđm1 > nđm2 > nđm3 - Có thể thay đổi vô cấp nếu bộ nguồn thay đổi được. - Độ cứng của đặc tính cơ không thay đổi khi điều chỉnh. - Chỉ cho tốc độ n < nđm. - Bộ nguồn phức tạp đắt tiền. d. Rẽ mạch phần ứng (áp dụng cho động cơ kích từ nối tiếp) Phần ứng của động cơ được phân mạch qua điện trở Rfm và trên mạch chính có đóng thêm điện trở phụ Rf. 3. Điều khiển tốc độ cho động cơ xoay chiều không đồng bộ Tốc độ quay của động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ được tính bằng công thức: )1(.60 S p fn  . Rf R Rfm RKT + ÑC TN n Coù Rfm vaø Rf nñm n1 Mc M n M nñm Mc n1 n2 n3 n Uñm U1 U2 U3 CKT B A C A CL ÑC A M n1 n2 n3 2 1 ñm ñm > 1 > 2 ĐC + CKT RÑC IKT IÖ BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 63 a. Thay đổi điện trở roto Chỉ thực hiện cho động cơ roto dây quấn: - Vùng điều chỉnh rộng - Dễ dàng điều chỉnh. - Mmax không thay đổi dm max qt M MK   Kqt không đổi - Mkhởi động tăng - Tổn hao năng lượng trên điện trở phụ b. Thay đổi điện áp Để thay đổi điện áp ta thêm vào mạch stato biến áp tự ngẫu hay R, X nhằm mục đích giảm điện áp đặt vào stato. - Đặc tính mềm đi - Mnm giảm - Không an toàn nên ít sử dụng c. Thay đổi số cực: Số cực của từ trường quay stator tùy thuộc cách đấu dây quấn stator. Bằng cách đấu dây lại để đổi chiều dòng điện, một động cơ hai cực có thể thành bốn cực, như trên hình 5.2. Ta có hai đặc tính M1(n) và M2(n) ứng với hai tốc độ đồng bộ n11 và n12. Việc thay đổi số cặp cực có thể thực hiện bằng đổi nối /YY (Hình 5.18) và Y/YY Mmm3 Mmm2 n1 nñm R0 + R2 +R1 R0 + R2 M MC Mmm1 R0 n2 r2 r1 n M2max n n11 n12 A2 M M1max M2 : 4 cực M1 : 2 cực A1 Mc 0 Hình 5.15 Các điểm làm việc A1 và A2 ứng với hai cực và bốn cực BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 64 Hình 5.16 Đấu dây đổi nối tam giác – sao kép Hình 5.17 Đổi nối sao – sao kép, mômen cực đại không đổi Chú ý: Cách này chỉ dùng với rotor lồng sóc. Muốn dùng với rotor dây quấn phải đổi luôn số cực của rotor d. Thay đổi tần số nguồn điện  Phạm vi điều chỉnh rộng.  Tính ổn định cao, điều chỉnh cả hai hướng. a) (p1 = 4) b) YY(p2 = 2) c) a) Y(p1 = 4) b) YY(p2 = 2) c) Boä bieá n taàn Ñ C 3 f f=50Hz B C A Đ  Giữ nguyên điện áp stator: Lúc đó, nếu f giảm thì n1 giảm, còn Mmax và Mm tăng (hình 5.5). Các đặc tính này thích hợp với loại tải cần mômen lớn lúc khởi động và nhỏ lúc bình thường.  Điều chỉnh điện áp stator theo tần số: Từ thông m tỷ lệ với tỷ số U1/f. Vì vậy nếu muốn giữ m không đổi khi giảm f, ta phải đồng thời giảm U1 sao cho tỷ số U1/f không đổi.  Các đặc tính này thích hợp với loại tải cần mômen không đổi khi tốc độ thay đổi Sử dụng bộ biến tần (inverter) BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 65 Hình 5.18 Bộ biến tần Hình 5.19 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện a) U1 không đổi; b) U1/f không đổi V. CÁC NGUYÊN TẮC BẢO VỆ TRONG MẠCH KHỐNG CHẾ VÀ TÍN HIỆU Hệ thống bảo vệ và tín hiệu bảo đảm vận hành an toàn cho máy móc thiết bị, đề phòng, hạn chế và loại trừ những sự cố hoặc chế độ làm việc xấu của hệ thống dẫn tới hư hỏng máy móc thiết bị, rối loạn quá trình làm việc. 1. Bảo vệ ngắn mạch Tránh các hiện tượng gây nên cháy hỏng cách điện a. Dùng cầu chì Ưu: Đơn giản, rẻ tiền Khuyết: Tác động không chính xác, không bảo vệ được sự cố đứt 1 pha, sửa chữa lâu. b. Bằng áptômát Có đặc tính bảo vệ hoàn thiện hơn cầu chì. Việc đóng lại các áptômát đã cắt cũng nhanh, không cần cắt điện áp. Nó có khả năng cắt dòng điện lớn hàng trăm lần Iđm. Khi quá tải hoặc ngắn mạch áptômát sẽ cắt cả 3 pha tránh được chế độ làm việc hai pha. Khuyết: Kích thước lớn, giá thành cao. c. Bảo vệ bằng rơle dòng điện cực đại tác động nhanh Dòng tác động của rơle Itđ rơle = Ingm và chỉ đặt rơle trên hai pha ở động cơ xoay chiều, một cực ở động cơ một chiều. BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY Biên soạn: Nguyễn Thị Ngọc Soạn Trang 66 2. Bảo vệ quá tải Dùng rơle nhiệt, rơle nhiệt tác động ở nhiệt độ phát nóng nhất định, nó có nhiệm vụ cắt động cơ ra khỏi lưới khi xảy ra hiện tượng quá tải lâu dài gây nên sự phát nóng quá nhiệt độ cho phép đối với dây quấn động cơ. Rơle nhiệt không phản ứng với các quá tải ngắn hạn và khởi động vì nó có quán tính nhiệt cũng do có quán tính nhiệt nên nó không bảo vệ ngắn mạch được. Phần tử đốt nóng của rơle nhiệt thường được mắc trên hai pha của động cơ 3 pha và 1 cực ở mạch DC ở phía sau tiếp điểm của công tắc tơ đường dây. Tiếp điểm của nó cắt mạch công tắc tơ đường dây khi nó tác động. Tiếp điểm của rơle nhiệt thuộc loại không tự phục hồi nên sau khi nó đã làm việc, muốn trở về trạng thái cũ phải ấn bằng tay. 3. Bảo vệ dòng điện cực đại Những quá tải ngắn hạn có thể gây ra