Giáo trình môn Truyền động điện tự động - Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện (Phần 4)

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ trong tr−êng hîp nµy lµ:

2.4.4. C¸c ®Æc tÝnh c¬ khi h·m ®éng c¬ §K:

2M_th

§éng c¬ ®iÖn §K còng cã ba tr¹ng th¸i h·m: h·m t¸i sinh, h·m

ng−îc vµ h·m ®éng n¨ng.

M ≈

(2-83)

(2-84)

s_th

s

+

s_th

s

2.4.4.1. H·m t¸i sinh:

R^'_2Σ

X_nm

3U₁²_f

§éng c¬ §K khi h·m t¸i sinh: ω > ω_o, vµ cã tr¶ n¨ng l−îng vÒ

l−íi.

Víi:

Vµ:

s_th≈

; và M_th≈

2ω₀X_nm

H·m t¸i sinh ®éng c¬ §K th−êng x¶y ra trong c¸c tr−êng hîp

nh−: cã nguån ®éng lùc quay r«to ®éng c¬ víi tèc ®é ω > ω_o(nh− h×nh

2-34a,b), hay khi gi¶m tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch t¨ng sè ®«i cùc (nh−

h×nh 2-35a,b), hoÆc khi ®éng c¬ truyÒn ®éng cho t¶i cã d¹ng thÕ n¨ng

lóc h¹ t¶i víi |ω| > |-ω_o| b»ng c¸ch ®¶o 2 trong 3 pha stato cña ®éng c¬

(nh− h×nh 2-6a,b).

ω > ω₀; I^’₂= I_hts< 0 ; M = M_hts< 0 (t¹i ®iÓm B)

b) H·m t¸i sinh khi gi¶m tèc ®é b»ng c¸ch t¨ng sè ®«i cùc:

§éng c¬ ®ang lµm viÖc ë ®iÓm A, víi p₁, nÕu ta t¨ng sè ®«i cùc

lªn p₂> p₁th× ®éng c¬ sÏ chuyÓn sang ®Æc tÝnh cã ω₂vµ lµm viÖc víi

tèc ®é ω > ω₂, trë thµnh m¸y ph¸t, hay lµ HTS, h×nh 2-35.

a) H·m t¸i sinh khi MSX trë thµnh nguån ®éng lùc:

~

ω

Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, khi m¸y s¶n xuÊt (MSX) trë thµnh

nguån ®éng lùc lµm quay r«to ®éng c¬ víi tèc ®é ω > ω₀, ®éng c¬ trë

thµnh m¸y ph¸t ph¸t n¨ng l−îng tr¶ l¹i nguån, hay gäi lµ h·m t¸i sinh,

h×nh 2-34.

(®/c)

A

ω₀₁

ω₀₂

B(m/f)

HTS

§K

MSX

C

p₁< p₂

M_c

ω

~

R_2f

B (m/f)

M_hts

0

M

ω₀

A(®/c)

HTS

a)

b)

§K

MSX

H×nh 2-35: a) S¬ ®å nèi d©y §K khi HTS b»ng c¸ch t¨ng p

b) §Æc tÝnh HTS khi thay ®æi sè ®«i cùc: p₂> p₁.

M_c(ω)

R_2f

M_hts

0

M

Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ trong tr−êng hîp nµy chØ kh¸c lµ:

R^'_2Σ

3U₁²_f

2πf₁

p₂

a)

b)

s_th≈

; M_th≈

; và ω₀=

;

(2-85)

X_nm2

2ω₀₂X_nm2

H×nh 2-34: a) S¬ ®å nèi d©y §K khi h·m t¸i sinh (HTS)

Vµ:

ω > ω₀₂; I^’₂= I_hts< 0 ; M = M_hts< 0 (®o¹n Bω₀₂)

b) §Æc tÝnh h·m t¸i sinh khi: ω >

Trang 70

Trang 71

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

c) H·m t¸i sinh khi ®¶o chiÒu tõ tr−êng stato ®éng c¬:

2.4.4.2. H·m ng−îc ®éng c¬ §K:

§éng c¬ ®ang lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ (®iÓm A), nÕu ta ®¶o

chiÒu tõ tr−êng stato, hay ®¶o 2 trong 3 pha stato ®éng c¬ (hay ®¶o thø

tù pha ®iÖn ¸p stato ®éng c¬), víi phô t¶i lµ thÕ n¨ng, ®éng c¬ sÏ ®¶o

chiÒu quay vµ lµm viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t (hay h·m t¸i sinh, ®iÓm D),

nh− trªn h×nh 2-36. Nh− vËy khi h¹ hµng ta cã thÓ cho ®éng c¬ lµm

viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t, ®ång thêi t¹o ra m«men h·m ®Ó cho ®éng c¬

h¹ hµng víi tèc ®é æn ®Þnh ω_D.

H·m ng−îc lµ khi m«men h·m cña ®éng c¬ §K ng−îc chiÒu víi

tèc ®é quay (M ng−îc chiÒu víi ω). H·m ng−îc cã hai tr−êng hîp:

a) H·m ng−îc b»ng c¸ch ®−a ®iÖn trë phô lín vµo m¹ch r«to:

§éng c¬ ®ang lµm viÖc ë ®iÓm A, ta ®ãng thªm ®iÖn trë h·m lín

(R_hn>= R_2f>) vµo m¹ch r«to, lóc nµy m«men ®éng c¬ gi¶m (M < M_c)

nªn ®éng c¬ bÞ gi¶m tèc ®é do søc c¶n cña t¶i. §éng c¬ sÏ chuyÓn

sang ®iÓm B, råi C vµ nÕu t¶i lµ thÕ n¨ng th× ®éng c¬ sÏ lµm viÖc æn

®Þnh ë ®iÓm D (ω_D= ω_«®ng−îc chiÒu víi tèc ®é t¹i ®iÓm A) trªn ®Æc

tÝnh c¬ cã thªm ®iÖn trë h·m R_hn>, vµ ®o¹n CD lµ ®o¹n h·m ng−îc,

®éng c¬ lµm viÖc nh− mét m¸y ph¸t nèi tiÕp víi l−íi ®iÖn (h×nh 2-37).

§éng c¬ võa tiªu thô ®iÖn tõ l−íi vøa sö dông n¨ng l−îng thõa tõ t¶i

®Ó t¹o ra m«men h·m.

Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ trong tr−êng hîp nµy thay ω₀b»ng -ω₀:

R^'_2Σ

X_nm

3U₁²_f

s_th≈

; M_th≈

;

(2-86)

2(−ω₀)X_nm

Vµ :

|ω₀| > |-ω₀| , M = M_hts(®iÓm D, h¹ t¶i ë chÕ ®é HTS).

R^'₂+ R^'_{2f >}

s_th≈

;

ω

X_nm

(1)

Víi:

(2-87)

~

3U₁²_f

ω₀

A (®/c)

và M_th≈

2ω₀X_nm

~

MSX

ω

§K

0

M_c

M

ω₀

(2)

A (®/c)

R_2f>

B

-ω₀

HTS

R_2f

D(m/f)

G

§K

C

0

M_n

HN

M_c

D

M

a)

b)

R_2f>

ω_ôđ

H×nh 2-36: a) S¬ ®å nèi d©y §K khi HTS b»ng c¸ch

®¶o 2 trong 3 pha stato ®éng c¬ §K

a)

b)

b) §Æc tÝnh HTS ®¶o 2 trong 3 pha stato ®éng c¬

(hay ®¶o thø tù pha ®iÖn ¸p stato ®éng c¬ §K

H×nh 2-37: a) S¬ ®å nèi d©y §K khi h·m ng−îc víi R_2f>.

b) §Æc tÝnh h·m ng−îc (HN) khi cã: R_2f>.

Trang 73

Trang 72

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

b) H·m ng−îc b»ng c¸ch ®¶o chiÒu tõ tr−êng stato:

2.4.4.3.H·m ®éng n¨ng ®éng c¬ §K:

§éng c¬ ®ang lµm viÖc ë ®iÓm A, ta ®æi chiÒu tõ tr−êng stato

(®¶o 2 trong 3 pha stato ®éng c¬, hay ®¶o thø t¹ pha ®iÖn ¸p stato),

h×nh 2-38.

Cã hai tr−êng hîp h·m ®éng n¨ng ®éng c¬ §K:

a) H·m ®éng n¨ng kÝch tõ ®éc lËp (H§N KT§L):

~

Khi ®¶o chiÒu v× dßng ®¶o chiÒu lín nªn ph¶i thªm ®iÖn trë phô

vµo ®Ó h¹n chÕ kh«ng qu¸ dßng cho phÐp I_®ch≤ I_cp, nªn ®éng c¬ sÏ

chuyÓn sang ®iÓm B, C vµ sÏ lµm viÖc x¸c lËp ë D nÕu phô t¶i ma s¸t,

cßn nÕu lµ phô t¶I thÕ n¨ng th× ®éng c¬ sÏ lµm viÖc x¸c lËp ë ®iÓm E.

§o¹n BC lµ ®o¹n h·m ng−îc, lóc nµy dßng h·m vµ m«men h·m cña

®éng c¬.

Φ

R_®ch

K

F

H

ω

+

-

M_h

+ +

U_1c

e₂

i₂

+

F

R

§K

R^'₂+ R^'_2f

3U₁²_f

MSX

Víi:

s_th≈

; M_th≈

;

(2-88)

(2-89)

X_nm

2(−ω₀)X_nm

R_2f

b)

a)

ω₀− ω

ω₀

s =

> l

H×nh 2-39: a)S¬ ®å nèi d©y §K khi H§N KT§L

b) S¬ ®å nguyªn lý t¹o m«men h·m H§N KT§L

ω

§éng c¬ ®ang lµm viÖc víi l−íi ®iÖn (®iÓm A), khi c¾t stato

®éng c¬ §K ra khái l−íi ®iÖn vµ ®ãng vµo nguån mét chiÒu (U_1c) ®éc

lËp nh− s¬ ®å h×nh 2-39a.

~

(1)

A (®/c)

ω₀

B

HN

Do ®éng n¨ng tÝch lòy trong ®éng c¬, cho nªn ®éng c¬ vÉn quay

vµ nã lµm viÖc nh− mét m¸y ph¸t cùc Èn cã tèc ®é vµ tÇn sè thay ®æi,

vµ phô t¶i cña nã lµ ®iÖn trë m¹ch r«to.

MSX

C M^’_c

D

§K

M_h.b®

0

M_c

M

ω_«®

Khi c¾t stato khái nguån xoay chiÒu råi ®ãng vµo nguån mét

chiÒu th× dßng mét chiÒu nµy sÏ sinh ra mét tõ tr−êng ®øng yªn Φ so

víi stato nh− h×nh 2-39b. R«to ®éng c¬ do qu¸n tÝnh vÉn quay theo

chiÒu cò nªn c¸c thanh dÉn r«to sÏ c¾t tõ tr−êng ®øng yªn, do ®ã xuÊt

hiÖn trong chóng mét søc ®iÖn ®éng e₂.

R_2f

-ω₀

a)

b)

H×nh 2-38: a) S¬ ®å nèi d©y §K khi H·m ng−îc b»ng c¸ch

®¶o 2 trong 3 pha stato ®éng c¬ §K

V× r«to kÝn m¹ch nªn e₂l¹i sinh ra i₂cïng chiÒu. ChiÒu cña e₂vµ

i₂x¸c ®Þnh theo qui t¾c bµn tay ph¶i: “+” khi e₂cã chiÒu ®i vµo vµ “•”

lµ ®i ra. T−¬ng t¸c gi÷a dßng i₂vµ Φ t¹o nªn søc tõ ®éng F cã chiÒu

x¸c ®Þnh theo qui t¾c bµn tay tr¸i (h×nh 2-39b).

b) §Æc tÝnh HN ®¶o chiÒu tõ tr−êng stato §K

Trang 74

Trang 75

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Chó ý r»ng, trong tr−êng hîp h·m ng−îc v×:

2

Vµ:

a = 3 ;

A =

Lùc F sinh ra m«men h·m M_hcã chiÒu ng−îc víi chiÒu quay

cña r«to ω lµm cho r«to quay chËm lai vµ søc ®iÖn ®éng e₂còng gi¶m

dÇn.

3

§èi víi c¸c s¬ ®å ®Êu d©y kh¸c nhau cña m¹ch stato, ta cã thÓ

x¸c ®Þnh hÖ sè A theo b¶ng 2-2.

* §Ó thµnh lËp ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ §K khi

h·m ®éng n¨ng ta thay thÕ mét c¸ch ®¼ng trÞ chÕ ®é m¸y ph¸t ®ång bé

cã tÇn sè thay ®æi b»ng chÕ ®é ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. NghÜa lµ cuén

d©y stato thùc tÕ ®Êu vµo nguån mét chiÒu nh−ng ta coi nh− ®Êu vµo

nguån xoay chiÒu.

B¶ng 2-2

+ S¬ ®å ®Êu d©y m¹ch stato vµ ®å thÞ vÐc t¬ søc ®iÖn ®éng:

R_®ch

+U_m

I_mc/2

+U_m

I_mc/3

+U_m

I_mc/2

§iÒu kiÖn ®¼ng trÞ ë ®©y lµ søc tõ ®éng do dßng ®iÖn mét chiÒu

(F_mc) vµ dßng ®iÖn xoay chiÒu ®¼ng trÞ (F₁) sinh ra lµ nh− nhau:

W₁I_mc

2I_mc/3

W₁

I_mc/2

W₁

I_mc

W₁

-

F₁= F_mc

(2-90)

-

I_mc/3

Søc tõ ®éng xoay chiÒu do dßng ®¼ng trÞ (I₁) sinh ra lµ:

d)

c)

b)

a)

3

F =

2.w₁.I₁

(2-91)

1

2

30^o

I_mcW₁

I_mcW₁/2

2I_mcW₁/3

I_mcW₁/3

Søc tõ ®éng mét chiÒu do dßng mét chiÒu thùc tÕ sinh ra phô

thuéc vµo c¸ch ®Êu day cña m¹ch stato khi h·m vµ biÓu diÔn tæng qu¸t

nh− sau:

I_mcW₁

I_mcW₁/2

F_mc

I_mcW₁/2

F_mc= a.w₁.I_mc

C©n b»ng (2-91) vµ (2-92) vµ rót ra:

a.w₁

(2-92)

2

;

3

2

;

1

HÖ sè A: a):

b):

;

c):

d):

;

I₁=

I_mc= A.I_mc

(2-93)

2

3

2

2 3

2.w₁

Trong ®ã: a, A lµ c¸c hÖ sè phô thuéc s¬ ®å nèi m¹ch stato khi

h·m ®éng n¨ng nh− b¶ng (2-2).

Dùa vµo s¬ ®å thay thÕ mét pha cña ®éng c¬ trong chÕ ®é h·m

®éng n¨ng ®Ó x©y dùng ®Æc tÝnh c¬ (h×nh 2-40).

VÝ dô, theo b¶ng (2-2), s¬ ®å nèi d©y vµ ®å thÞ vect¬ (a):

ë chÕ ®é ®éng c¬ §K th× ®iÖn ¸p ®Æt vµo stato kh«ng ®æi, ®ã lµ

nguån ¸p, dßng tõ hãa I_µtõ th«ng Φ kh«ng ®æi, cßn dßng ®iÖn stato

F_mc= 2I_mc.w₁cos30^o= 3.w₁.I_mc

(2-94)

I₁, dßng ®iÖn stato I₂biÕn ®æi theo ®é tr−ît s.

Trang 76

Trang 77

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Cßn ë tr¹ng th¸i h·m ®éng n¨ng kÝch tõ ®éc lËp, v× dßng ®iÖn

mét chiÒu I_mckh«ng ®æi nªn dßng xoay chiÒu ®¼ng trÞ còng kh«ng ®æi,

do ®ã nguån cÊp cho stato lµ nguån dßng. MÆt kh¸c, v× tæng trë m¹ch

r«to khi h·m phô thuéc vµo tèc ®é nªn dßng r«to I₂vµ dßng tõ hãa I_µ

®Òu thay ®æi, vËy nªn tõ th«ng Φ ë stato thay ®æi theo tèc ®é.

Tõ s¬ ®å thay thÕ ta cã:

E^'₂

E^'₂.ω^*

R^'₂²_Σ+ (X^'₂.ω^*)²

I^'₂=

=

(2-96)

2

'

⎛

⎞

R_2Σ

+ X^'₂²

⎜

⎟

ω^*

⎝

⎠

X^’₂

I_µ.X_µ.ω^*

Hay:

I^'₂=

(2-97)

I^’₂

'2

R

+ (X^'₂.ω^*)²

R^’₂/ ω^*

2Σ

I₁

X_µ

I_µ

Trong ®ã:

Theo ®å thÞ vect¬ ta cã:

I₁²= (I_µ+ I^'₂sinϕ₂)²+ (I^'₂sinϕ₂)²;

R^'_2Σ= R^'₂+ R^'_2f

E^’₂

R^’_2f/ ω^*

H×nh 2-40: S¬ ®å thay thÕ khi h·m ®éng n¨ng §K

Hay

I₁²= I_µ²+ I^'₂²+ 2I_µ.I^'₂sin ϕ₂)²;

(2-98)

(2-99)

Trong chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬ §K, ®é tr−ît s lµ tèc ®é c¾t

t−¬ng ®èi cña thanh dÉn r«to víi tõ tr−êng stato, ë tr¹ng th¸i h·m

®éng n¨ng nã ®−îc thay b»ng tèc ®é t−¬ng ®èi:

Trong ®ã:

X^'₂.ω^*

sinϕ₂=

R^'₂²_Σ+ (X^'₂.ω^*)²

ω

ω_o

ω^*=

(2-95)

Thay I^'vµ sinφ₂vµo (2-98), ta cã:

2

I₁

I_µ²X_µ²ω^*2

I₁²= I_µ²+

+

(2-100)

(2-101)

Tõ s¬ ®å thay

thÕ h×nh 2-39, ta cã

®å thÞ vect¬ dßng

®iÖn nh− h×nh 2-41.

φ₂

'2

R

+ (X^'₂ω^*)²

2Σ

Tõ ®ã rót ra:

I_µ

φ₂

E^’₂

I^’₂

2

⎛

⎜

⎝

⎞

⎟

⎠

I₁

−1

I_µ

ω^*= R^'_2Σ

2

H×nh 2-41: §å thÞ vect¬

dßng ®iÖn khi H§N

⎛

⎜

⎝

⎞

I₁

'

2

X^'₂²

⎟

⎠

(X₂+ X_µ) −

I_µ

Trang 78

Trang 79

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Tõ c¸c biÓu thøc (2-98) ÷ (2-100), sau khi biÕn ®æi ta cã:

I_µ.X_µ.ω^*

C¸c ®−êng ®Æc tÝnh h·m ®éng n¨ng ®−îc biÓu diÔn nh− trªn

h×nh 2-42. Trªn ®ã: ®−êng (1) vµ (2) cã cïng ®iÖn trë R^'_2Σ(1)= R^'_2Σ(2)

I^'₂=

(2-102)

nh−ng cã M_th2> M_th1nªn dßng mét chiÒu t−¬ng øng I_mc2> I_mc1.

R^'₂²_Σ+ (X^'₂+ X_µ)².ω^*2

Nh− vËy khi thay ®æi nguån mét chiÒu ®−a vµo stato ®éng c¬ khi

h·m ®éng n¨ng th× sÏ thay ®æi ®−îc m«men tíi h¹n.

T−¬ng tù nh− ®· xÐt ë ®éng c¬ §K, ta x¸c ®Þnh ®−îc m«men:

R^'

3I^'₂²

2Σ

ω²

M_c(ω)

ω^*

ω

M =

(2-103)

(2-104)

ω_o

ω₀

3I^'₂²X_µR^'_2Σω^*

A (®/c)

Hay:

(3)

(1)

ω_o[R^'2+ (X^'₂+ X_µ)²ω^*2]

(2)

2Σ

ω^*

th2

th1

§−êng cong M = f(ω^*) còng ®−îc kh¶o s¸t t−¬ng tù nh− víi

®−êng cong ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ §K vµ cho ta nh÷ng kÕt qu¶:

H§N

R^'_2Σ

M_th2M_th1

0

M

ω^*_th=

(2-105)

X_µ+ X^'₂

H×nh 2-42: §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ §K khi H§N-KT§L

3I₁²X_µ²

2ω_o(X_µ+ X^'₂)

M_th.th

=

(2-106)

(2-107)

Cßn ®−êng (2) vµ (3) th× cã cïng dßng ®iÖn mét chiÒu nh−ng

®iÖn trë R^'_2Σ(2)< R^'_2Σ(3)

.

2M_th.th

Nh− vËy khi thay ®æi ®iÖn trë phô trong m¹ch r«to hoÆc dßng

®iÖn mét chiÒu trong stato ®éng c¬ khi h·m ®éng n¨ng th× sÏ thay ®æi

®−îc vÞ trÝ cña ®Æc tÝnh tÝnh c¬.

Vµ:

M =

ω^*_th

ω^*

+

ω^*_thω^*

b) H·m ®éng n¨ng tù kÝch tõ:

BiÓu thøc (2-107) lµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ §K

khi h·m ®éng n¨ng kÝch tõ ®éc lËp.

§éng c¬ ®ang ho¹t ®éng ë chÕ ®é ®éng c¬ (tiÕp K kÝn, tiÕp ®iÓm

H hë), khi cho K hë, H kÝn l¹i, ®éng c¬ sÏ chuyÓn sang chÕ ®é h·m

®éng n¨ng tù kÝch tõ. Khi ®ã, dßng ®iÖn I_mckh«ng ph¶i tõ nguån ®iÖn

mét chiÒu bªn ngoµi, mµ sö dông ngay n¨ng l−îng cña ®éng c¬ th«ng

qua bé chØnh l−u ë m¹ch r«to (h×nh 2-43a) hoÆc bé tô ®iÖn ë m¹ch

stato.

Ta thÊy r»ng, khi thay ®æi R_2fth× R^'thay ®æi, nªn ω^*_ththay

2Σ

®æi, cßn M_th= const, cßn khi thay ®æi dßng ®iÖn xoay chiÒu ®¼ng trÞ

I₁, nghÜa lµ thay ®æi dßng ®iÖn mét chiÒu I_mc, th× m«men M_ththay ®æi,

cßn ω^*_th= const.

Trang 81

Trang 80

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Tèc ®é tõ tr−êng quay: ω_o= 1000/9,55 = 104,7 rad/s

~

P_đm.1000

11.1000

99,8

Φ

M«men ®Þnh møc: M_đm

§é tr−ît ®Þnh møc: s_đm

=

=110,2N.m

K

ω_đm

F

ω

M_h

+ +

ω_o− ω_đm

ω_o

104,7 −99,8

e₂

i₂

=

= 0,05

+

F

H

104,7

MSX

R

§K

R_®ch

§iÖn kh¸ng m¹ch hãa X_µ®−îc x¸c ®Þnh theo s.®.®. vµ dßng ®iÖn

kh«ng t¶i cña stato (coi dßng kh«ng t¶i b»ng dßng tõ hãa):

E_1.0

212

CL

X_µ=

=

=11,05 Ω

I_1.019,2

b)

a)

200

3

(víi: E_1.0= K_e.E_2nmf=1,84.

= 212 V )

H×nh 2-43: a)S¬ ®å nèi d©y §K khi H§N TKT

b) S¬ ®å nguyªn lý t¹o m«men h·m H§N TKT

§iÖn kh¸ng r«to qui ®æi vÒ stato:

X^'₂= X₂.K_e²= 0,27.1,84²= 0,92 Ω

* VÝ dô 2-6:

H·y lùa chän ®Æc tÝnh c¬ h·m ®éng n¨ng vµ x¸c ®Þnh c¸c th«ng

sè m¹ch h·m, gåm dßng ®iÖn mét chiÒu I_mccÊp vµo cuén d©y stato vµ

®iÖn trë phô R_hnèi vµo m¹ch r«to cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to

d©y quÊn sao cho m«men h·m cùc ®¹i ®¹t ®−îc M_h.max= 2,5M_®mvµ

hiÖu qu¶ h·m cao. Sè liÖu cho tr−íc: §éng c¬ 11KW; 220V;

953vg/ph, λ = M_th/M_®m= 3,1; cosφ_®m= 0,71; cosφ_o(kh«ng t¶i) = 0,24;

I_1®m= 28,4A; I_1.0(kh«ng t¶i) = 19,2A; R₁= 0,415Ω; X₁= 0,465Ω;

E_2nm(®iÖn ¸p d©y) = 200V; I_2®m= 35,4A; r₂= 0,132Ω; X₂= 0,27Ω; vµ

K_e= 1,84.

Theo yªu cÇu cña ®Ò bµi ta cã thÓ chän ®Æc tÝnh h·m ®éng n¨ng

cã m«men tíi h¹n lµ: M_th.®n= M_h.max= 2,5M_®m.

Tèc ®é tíi h¹n ω^*_thcã thÓ chän b»ng tèc ®é h·m ban ®Çu:

ω^*_th= ω^*_bđ= ω_đm/ ω_o

Khi ®ã ta cã ®Æc tÝnh h·m lµ ®−êng 2 trªn h×nh 2-38. Râ rµng

®Æc tÝnh nµy cã hiÖu qu¶ h·m thÊp v× m«men gi¶m gÇn nh− tuyÕn tÝnh

tõ tèc ®é ban ®Çu ω_b®= ω_®mcho ®Õn ω = 0.

* Gi¶i:

§Ó cho viÖc h·m cã hiÖu qu¶ cao, ta cÇn t¹o ra mét ®Æc tÝnh c¬

®¶m b¶o bao mét diÖn tÝch lín nhÊt gi÷a nã víi trôc tung cña ®å thÞ

(vïng g¹ch säc trªn h×nh 2-44). Khi ®ã m«men h·m trung b×nh trong

toµn bé qu¸ tr×nh h·m sÏ lµ lín nhÊt. ViÖc tÝnh to¸n cho thÊy ®Æc tÝnh

Tr−íc hÕt, x¸c ®Þnh thªm c¸c th«ng sè cña ®éng c¬:

Tèc ®é ®Þnh møc:

c¬ d¹ng nµy cã tèc ®é tíi h¹n: ω^*_th.tu= 0,407.

n_đm

953

ω_đm

=

= 99,8 rad/s

9,55 9,55

Trang 82

Trang 83

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

R^'_2t= ω^*_th(X_µ+ X^'₂) = 0,407.(11,05+ 0,92) = 4,87Ω

VËy ®Æc tÝnh c¬ h·m ®éng n¨ng ®−îc chän lµ ®−êng (1) trªn

h×nh 2-44.

T−¬ng øng víi gi¸ trÞ tr−íc khi qui ®æi lµ:

R_2t= R^'_2t/ K_e²= 4,87/1,84²=1,44Ω

ω

0,05

ω₀

VËy ®iÖn trë phô cÇn nèi vµo m¹ch r«to lµ:

R_h= R_2t- r₂= 1,44 - 0,132 = 1,308 Ω

2.4.5. §¶o chiÒu ®éng c¬ §K:

ω_b®=ω_®m

(1)

(2)

Gi¶ sö ®éng c¬ ®ang lµm viÖc ë ®iÓm A theo chiÒu quay thuËn

trªn ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn thuËn víi t¶i M_c:

ω^*_th.t−

2M_th(1+ as_th)

M =

(2-108)

s_th

s

+

+ 2as_th

M_h.max= M_th.®n

M_®m

3,1M_®m

M

s_th

s

H×nh 2-44: §Æc tÝnh c¬ TN vµ ®Æc tÝnh c¬ h·m §N

ω

Tõ biÓu thøc cña m«men tíi h¹n h·m ®éng n¨ng (biÓu thøc 2-

106) ta rót ra biÓu thøc tÝnh dßng ®iÖn xoay chiÒu ®¼ng trÞ I₁:

~

ω₀

A (®/cT)

s_thT

M_th.đn.2ω_o(X_µ+ X^'₂)

I₁=

=

M^’_c

3X_µ²

MSX

§K

0

M_c

M

2,5.110,2.2.104,7.(11,05+ 0,92)

=

= 43,4A

s_thN

-ω₀

3.11,05²

B (®/cN)

R_2f

chiÒu khi h·m, vÝ dô chän s¬ ®å 1 trong b¶ng 2-2, ta cã:

a)

b)

A = 2 3 = 0,815, ta x¸c ®Þnh ®−îc dßng ®iÖn mét chiÒu cÇn thiÕt:

stato ®éng c¬ §K

I_mc= I₁/A = 43,4/0,815 = 53A

Tõ biÓu thøc cña tèc ®é tíi h¹n (2-74) ta x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ

®iÖn trë trong m¹ch r«to khi h·m:

b) §Æc tÝnh c¬ khi lµm viÖc thuËn (A) vµ ng−îc (B)

Trang 84

Trang 85

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Muèn ®¶o chiÒu ®éng c¬, ta cã thÓ ®¶o chiÒu tõ tr−êng stato

(±ω_o), hay ®¶o thø tù pha ®iÖn ¸p (u₁) ®éng c¬ §K (th−êng ®¶o 2 trong

3 pha stato). Khi ®¶o chiÒu, dßng ®¶o chiÒu rÊt lín nªn ph¶i cho thªm

®iÖn trë phô vµo m¹ch r«to ®Ó h¹n chÕ I_®ch≤ I_cp.

Nh− vËy ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ §§B nµy tong ph¹m vi m«men

cho phÐp M ≤ M_maxlµ ®−êng th¼ng song song víi trôc hoµnh, víi ®é

cøng β = ∞ vµ ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 2 -46.

Tuy nhiªn khi m«men v−ît qu¸ trÞ sè cùc ®¹i cho phÐp M >

Khi ®éng c¬ §K lµm viÖc ë chiÒu ng−îc l¹i th× M_thsÏ ®¶o dÊu

vµ s_th> 1 nh− h×nh 2-45:

M_maxth× tèc ®é ®éng c¬ sÏ lÖch khái tèc ®é ®ång bé.

2.5.2. §Æc tÝnh gãc cña ®éng c¬ §§B:

§éng c¬ quay ng−îc chiÒu t−¬ng øng víi ®iÓm B trªn ®Æc tÝnh

Trong nghiªn cøu tÝnh to¸n hÖ truyÒn ®éng dïng ®éng c¬ §§B,

ng−êi ta sö dông mét ®Æc tÝnh quan träng lµ ®Æc tÝnh gãc. Nã lµ sù phô

thuéc gi÷a m«men cña ®éng c¬ víi gãc lÖch vect¬ ®iÖn ¸p pha cña

tr−êng mét chiÒu cña r«to sinh ra:

§ 2.5. §ÆC TÝNH C¥ CñA ®éng c¬ ®ång bé (§§B)

2.5.1. §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ §§B:

Khi ®ãng stato cña ®éng c¬ ®ång bé vµo l−íi ®iÖn xoay chiÒu cã

tÇn sè f₁kh«ng ®æi, ®éng c¬ sÏ lµm viÖc víi tèc ®é ®ång bé kh«ng phô

thuéc vµo t¶i:

M = f(θ)

•

U₁

C

2πf₁

φ - θ

U_lsinθ

ω₀=

(2-109)

p

jix_s

B

~

A

•

ω

θ

φ

E

•

I

ω₀

MSX

§KB

H×nh 2-47: §å thÞ vect¬ cña m¹ch stato cña ®éng c¬ §§B

R_®ch

m¹ch stato vÏ trªn h×nh 2-47 víi gi¶ thiÕt bá qua ®iÖn trë t¸c dông

+ U_®k-

0

M_®m

M

Trªn ®å thÞ vect¬ h×nh 2-47:

U_l- ®iÖn ¸p pha cña l−íi (V)

E - søc ®iÖn ®éng pha stato (V)

Trang 87

a)

b)

Trang 86

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

I - dßng ®iÖn stato (A)

θ - go¸c lÖch gi÷a U_lvµ E;

Trang 88

Khi θ = π/2 ta cã biªn ®é cùc ®¹i cña h×nh sin lµ:

φ - gãc lÖch gi÷a vect¬ ®iÖn ¸p U_lvµ dßng ®iÖn I.

3EU_l

M_m=

(2-116)

(2-117)

ω₀x_s

X_s= x_µ+ x₁- ®iÖn kh¸ng pha cña stato lµ tæng cña ®iÖn kh¸ng

Ph−¬ng tr×nh (2-115) cã thÓ viÕt gän h¬n:

M = M_msinθ

(Ω)

Tõ ®å thÞ vect¬ ta cã:

M_m®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng qu¸ t¶I cña ®éng c¬. Khi t¶i t¨ng

π

2

U_lcosϕ = Ecos(ϕ− θ)

(2-110)

(2-111)

gãc lÖch pha θ t¨ng. NÕu t¶i t¨ng qu¸ møc θ > , m«men gi¶m.

Tõ tam gi¸c ABC t×m ®−îc:

§éng c¬ ®ång bé th−êng lµm viÖc ®Þnh møc ë trÞ sè cña gãc

lÖch θ = 20^o÷ 25^o. HÖ sè t¶i vÒ m«men t−¬ng øng sÏ lµ:

CB U_lsinθ

cos(ϕ− θ) =

=

CA

Ix_s

M_m

λ_M=

= 2 ÷ 2,5

Thay (2-110) vµo (2-111) ta ®−îc:

M_đm

U_lsin θ

U₁cosϕ = E

Ix_s

(2-112)

(2-113)

®ång bé cùc Èn vµ m«men chØ xuÊt hiÖn khi r«to cã kÝch tõ. Cßn ®èi

kh«ng ®Òu gi÷a r«to vµ stato nªn trong m¸y xuÊt hiÖn m«men ph¶n

kh¸ng phô. Do ®ã ®Æc tÝnh gãc cã biÕn d¹ng Ýt nhiÒu, nh− ®−êng nÐt

®øt trªn h×nh 2-48.

EU

Hay:

U₁Icosϕ =

^lsinθ

x_s

VÕ tr¸i cña (2-113) lµ c«ng suÊt 1 pha cña ®éng c¬.

M

VËy c«ng suÊt 3 pha cña ®éng c¬:

EU

P = 3

^lsinθ

(2-114)

(2-115)

M_m

x_s

M«men cña ®éng c¬:

3EU

3π/2

0

π/2

π

2π

θ

P

M =

=

^lsinθ

ω₀ω₀x_s

(2-115) lµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh gãc cña ®éng c¬ §§B. Theo ®ã

ta cã ®Æc tÝnh gãc lµ ®−êng cong h×nh sin nh− trªn h×nh 2-48.

H×nh 2-48: §Æc tÝnh gãc cña ®éng c¬ ®ång bé

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Trang 89

C©u hái «n tËp

Trang 90

9. Cã thÓ biÓu thÞ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kh«ng

®ång bé b»ng nh÷ng biÓu thøc nµo ? ViÕt c¸c ph−¬ng tr×nh ®ã, gi¶i

thÝch c¸c ®¹i l−îng vµ c¸ch x¸c ®Þnh c¸c ®¹i l−îng ®ã khi viÕt ph−¬ng

tr×nh vµ dùng ®Æc tÝnh c¬ ?

1. Cã thÓ biÓu diÔn ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ mét

chiÒu kÝch tõ ®éc lËp b»ng mÊy d¹ng ? h¶y viÕt c¸c d¹ng ph−¬ng tr×nh

®ã ? Gi¶i thÝch c¸c ®¹i l−îng trong ph−¬ng tr×nh vµ c¸ch x¸c ®Þnh c¸c

®¹i l−îng ®ã ? VÏ d¹ng ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn vµ ®Æc tÝnh c¬ §M_®l?

10. C¸ch vÏ ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn theo c¸c sè liÖu ®Þnh møc trong

catalo: d¹ng chÝnh x¸c, d¹ng gÇn ®óng vµ d¹ng tuyÕn tÝnh hãa ?

2. §¬n vÞ t−¬ng ®èi lµ g× ? §¬n vÞ t−¬ng ®èi cña c¸c ®¹i l−îng

®iÖn, c¬ cña ®éng c¬ §M_®l®−îc x¸c ®Þnh nh− thÕ nµo ? ViÕt ph−¬ng

tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ë d¹ng ®¬n vÞ t−¬ng ®èi ? ý nghÜa cña viÖc sö dông

ph−¬ng tr×nh d¹ng ®¬n vÞ t−¬ng ®èi ?

11. BiÓu thøc x¸c ®Þnh ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ? BiÓu thÞ quan hÖ

gi÷a ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ víi ®é tr−ît ®Þnh møc vµ ®iÖn trë m¹ch r«to

cña ®éng c¬ §K ?

12. Cã nh÷ng th«ng sè nµo ¶nh h−ëng ®Õn d¹ng ®Æc tÝnh c¬ cña

øng dông thùc tÕ cña chóng ?

3. §é cøng ®Æc tÝnh c¬ cña §M_®lcã biÓu thøc x¸c ®Þnh nh− thÕ

nµo ? Gi¸ trÞ t−¬ng ®èi cña nã ? BiÓu thÞ quan hÖ gi÷a ®é cøng víi sai

sè tèc ®é vµ ®iÖn trë m¹ch phÇn øng (theo ®¬n vÞ t−¬ng ®èi). ý nghÜa

cña ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ?

13. VÏ c¸c d¹ng ®Æc tÝnh c¬ khi khëi ®éng ®éng c¬ §K hai cÊp

tèc ®é ? Khi khëi ®éng ®éng c¬ §K, c¸c ®¹i l−îng: hÖ sè tr−ît tíi h¹n,

m«men tíi h¹n thay ®æi nh− thÕ nµo ? C¸c biÓu thøc x¸c ®Þnh c¸c ®¹i

l−îng ®ã ? Th−êng m«men khëi ®éng lín nhÊt cña ®éng c¬ §K b»ng

bao nhiªu m«men tíi h¹n cña ®éng c¬ ?

4. C¸ch vÏ ®Æc tÝnh c¬ cña §M_®l? C¸ch x¸c ®Þnh c¸c ®¹i l−îng:

M_®m, ω_®m, ω₀, I_nm, M_nm, … ®Ó vÏ ®−êng ®Æc tÝnh nµy ?

5. Cã nh÷ng th«ng sè nµo ¶nh h−ëng ®Õn d¹ng ®Æc tÝnh c¬ cña

xÐt vÒ øng dông cña chóng ?

®Ó thùc hiÖn c¸c tr¹ng th¸i h·m vµ ®iÒu kiÖn ®Ó x¶y ra h·m ? Gi¶i

thÝch quan hÖ n¨ng l−îng gi÷a m¸y s¶n xuÊt (t¶i cña ®éng c¬) vµ ®éng

6. T¹i sao khi khëi ®éng §M_®lth−êng ph¶i ®ãng thªm ®iÖn trë

phô vµo m¹ch phÇn øng ®éng c¬ ? C¸c dßng ®iÖn khëi ®éng lín nhÊt

vµ nhá nhÊt khi khëi ®éng §M_®lth−êng khèng ë møc nµo ? VÏ c¸c

®Æc tÝnh c¬ khi khëi ®éng §M_®lvíi 2 cÊp ®iÖn trë khëi ®éng ?

c¬ ë tõng tr¹ng th¸i h·m ? øng dông thùc tÕ cña c¸c tr¹ng th¸i h·m ?

15. Gi¶i thÝch ý nghÜa cña ®Æc tÝnh c¬ vµ ®Æc tÝnh go¸c cña ®éng

c¬ ®ång bé ? Sù phô thuéc gi÷a m«men cùc ®¹i cña ®éng c¬ víi ®iÖn

¸p l−íi ? M«men cùc ®¹i ë ®Æc tÝnh gãc cã ý nghÜa nh− thÕ nµo víi

®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ §§B ?

7. §éng c¬ §M_®lcã mÊy ph−¬ng ph¸p h·m ? §iÒu kiÖn ®Ó x¶y

tr¹ng th¸i h·m ? øng dông thùc tÕ cña c¸c tr¹ng th¸i h·m ®ã ? Gi¶i

thÝch quan hÖ vÒ chiÒu t¸c dông cña c¸c ®¹i l−îng ®iÖn vµ chiÒu

truyÒn n¨ng l−îng trong hÖ ë c¸c tr¹ng th¸i h·m ?

8. Sù kh¸c nhau gi÷a ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp víi

§M_®lvÒ cÊu t¹o, tõ th«ng, d¹ng ®Æc tÝnh c¬, c¸c ph−¬ng ph¸p h·m ?

Cã nhËn xÐt g× vÒ ®Æc ®iÓm vµ kh¶ n¨ng øng dông cña §M_ntthùc tÕ ?

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Ths. Kh−¬ng C«ng Minh

Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

Trang 91

Giáo trình môn Truyền động điện tự động - Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện (Phần 4) - Khương Công Minh