Trang Bi Dien Cho Cac May

Ch−¬ng 1

Nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn

1.1 Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền ñộng ñiện 1.1.1 Cấu trúc chung của hệ truyền ñộng ñiện Truyền ñộng cho một máy, một dây chuyền sản xuất mà dùng năng lượng ñiện thì gọi là truyền ñộng ñiện (Tðð). Hệ truyền ñộng ñiện là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị ñiện, thiết bị ñiện từ, thiết bị ñiện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến ñổi ñiện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu chấp hành trên các máy sản xuất, ñồng thời có thể ñiều khiển dòng năng lượng ñó theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất. Xét sơ ñồ truyền ñộng của máy bơm nước: ðộng cơ ð biến ñổi ñiện năng thành cơ năng tạo ra mômen M làm quay trục máy và các cánh bơm. Cánh bơm chính là cơ cấu công tác (CT) hay cơ cấu sản xuất (CCSX), nó chịu tác ñộng của nước tạo ra mômen MCT ngược chiều tốc ñộ quay ω của trục, chính mômen này tác ñộng lên trục ñộng cơ, ta gọi nó là mômen cản MC. Nếu MC cân bằng với mômen ñộng cơ: M = MC thì hệ sẽ có chuyển ñộng ổn ñịnh với tốc ñộ không ñổi ω = const.

CT (c¸nh b¬m) M

ω

®

M CT (M C )

Khíp nèi trôc

H×nh 1.1 - TruyÒn ®éng của máy bơm nước. Có thể mô tả khái quát cấu trúc của một hệ thống Tðð bằng sơ ñồ khối như sau: PhÇn ®iÖn

PhÇn C¬

Lø¬i ®iÖn

BB§

§

TL

CCSX

§K Gi¸ trÞ ®Æt

H×nh 1.2 -CÊu tróc hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

1

suu tam: [email protected] Ta có thể chia các khâu của hệ truyền ñộng ñiện thành hai phần: phần ñiện và phần cơ. Phần ñiện gồm lưới ñiện, bộ biến ñổi BBð, mạch ñiện - từ của ñộng cơ ð và các thiết bị ñiều khiển ðK. Phần cơ gồm rotor và trục ñộng cơ, khâu truyền lực TL và cơ cấu sản xuất CCSX. 1. BBð: Bộ biến ñổi, dùng ñể biến ñổi loại dòng ñiện (xoay chiều thành một chiều hoặc ngược lại), biến ñổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại), biến ñổi mức ñiện áp (hoặc dòng ñiện), biến ñổi số pha, biến ñổi tần số... Các BBð thường dùng là máy phát ñiện, hệ máy phát - ñộng cơ (hệ F-ð), các chỉnh lưu không ñiều khiển và có ñiều khiển, các bộ biến tần... 2. ð: ðộng cơ ñiện, dùng ñể biến ñổi ñiện năng thành cơ năng hay cơ năng thành ñiện năng (khi hãm ñiện). Các ñộng cơ ñiện thường dùng là: ñộng cơ xoay chiều KðB ba pha rôto dây quấn hay lồng sóc; ñộng cơ ñiện một chiều kích từ song song, nối tiếp hay kích từ bằng nam châm vĩnh cữu; ñộng cơ xoay chiều ñồng bộ... 3. TL: Khâu truyền lực, dùng ñể truyền lực từ ñộng cơ ñiện ñến cơ cấu sản xuất hoặc dùng ñể biến ñổi dạng chuyển ñộng (quay thành tịnh tiến hay lắc) hoặc làm phù hợp về tốc ñộ, mômen, lực. ðể truyền lực, có thể dùng các bánh răng, thanh răng, trục vít, xích, ñai truyền, các bộ ly hợp cơ hoặc ñiện từ... 4. CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cơ cấu làm việc, thực hiện các thao tác sản xuất và công nghệ (gia công chi tiết, nâng - hạ tải trọng, dịch chuyển...). 5. ðK: Khối ñiều khiển, là các thiết bị dùng ñể ñiều khiển bộ biến ñổi BBð, ñộng cơ ñiện ð, cơ cấu truyền lực. Khối ñiều khiển bao gồm các cơ cấu ño lường, các bộ ñiều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị ñiều khiển ñóng cắt có tiếp ñiểm (các rơle, công tắc tơ) hay không có tiếp ñiểm (ñiện tử, bán dẫn). Một số hệ Tðð Tð khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự ñộng khác như máy tính ñiều khiển, các bộ vi xử lý, PLC... Các thiết bị ño lường, cảm biến (sensor) dùng ñể lấy các tín hiệu phản hồi có thể là các loại ñồng hồ ño, các cảm biến từ, cơ, quang... Một hệ thống Tðð không nhất thiết phải có ñầy ñủ các khâu nêu trên. Tuy nhiên, một hệ thống Tðð bất kỳ luôn bao: - Phần lực. - Phần ñiều khiển. Một hệ thống truyền ñộng ñiện ñược gọi là hệ hở khi không có phản hồi, và ñược gọi là hệ kín khi có phản hồi, nghĩa là giá trị của ñại lượng ñầu ra ñược ñưa trở lại ñầu vào dưới dạng một tín hiệu nào ñó ñể ñiều chỉnh lại việc ñiều khiển sao cho ñại lượng ñầu ra ñạt giá trị mong muốn. 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền ñộng ñiện Người ta phân loại các hệ truyền ñộng ñiện theo nhiều cách khác nhau tùy theo ñặc ñiểm của ñộng cơ ñiện sử dụng trong hệ, theo mức ñộ tự ñộng hoá, theo ñặc ñiểm hoặc chủng loại thiết bị của bộ biến ñổi... Từ cách phân loại sẽ hình thành tên gọi của hệ.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

2

suu tam: [email protected] a) Theo ñặc ñiểm của ñộng cơ ñiện: - Truyền ñộng ñiện một chiều: Dùng ñộng cơ ñiện một chiều. Truyền ñộng ñiện một chiều sử dụng cho các máy có yêu cầu cao về ñiều chỉnh tốc ñộ và mômen, nó có chất lượng ñiều chỉnh tốt. Tuy nhiên, ñộng cơ ñiện một chiều có cấu tạo phức tạp và giá thành cao, hơn nữa nó ñòi hỏi phải có bộ nguồn một chiều, do ñó trong những trường hợp không có yêu cầu cao về ñiều chỉnh, người ta thường chọn ñộng cơ KðB ñể thay thế. - Truyền ñộng ñiện không ñồng bộ: Dùng ñộng cơ ñiện xoay chiều không ñồng bộ. ðộng cơ KðB ba pha có ưu ñiểm là có kết cấu ñơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới ñiện xoay chiều ba pha. Tuy nhiên, trước ñây các hệ truyền ñộng ñộng cơ KðB lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ do việc ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ KðB có khó khăn hơn ñộng cơ ñiện một chiều. Trong những năm gần ñây, do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp chế tạo các thiết bị bán dẫn công suất và kỹ thuật ñiện tử tin học, truyền ñộng không ñồng bộ phát triển mạnh mẽ và ñược khai thác các ưu ñiểm của mình, ñặc biệt là các hệ có ñiều khiển tần số. Những hệ này ñã ñạt ñược chất lượng ñiều chỉnh cao, tương ñương với hệ truyền ñộng một chiều. - Truyền ñộng ñiện ñồng bộ: Dùng ñộng cơ ñiện xoay chiều ñồng bộ ba pha. ðộng cơ ñiện ñồng bộ ba pha trước ñây thường dùng cho loại truyền ñộng không ñiều chỉnh tốc ñộ, công suất lớn hàng trăm KW ñến hàng MW (các máy nén khí, quạt gió, bơm nước, máy nghiền.v.v..). Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp ñiện tử, ñộng cơ ñồng bộ ñược nghiên cứu ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại giải công suất từ vài trăm W (cho cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, cơ cấu chuyển ñộng của tay máy, người máy) ñến hàng MW (cho các truyền ñộng máy cán, kéo tàu tốc ñộ cao...). b) Theo tính năng ñiều chỉnh: - Truyền ñộng không ñiều chỉnh: ðộng cơ chỉ quay máy sản xuất với một tốc ñộ nhất ñịnh. Các hệ truyền ñộng không ñiều chỉnh thường phải kết hợp với một hộp tốc ñộ ñể thực hiện ñiều chỉnh bằng cơ khí, do ñó kết cấu của phần cơ phức tạp, chất lượng ñiều chỉnh thấp, giá thành của máy sản xuất cao. - Truyền có ñiều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà ta có truyền ñộng ñiều chỉnh tốc ñộ, truyền ñộng ñiều chỉnh mômen, lực kéo và truyền ñộng ñiều chỉnh vị trí. c) Theo thiết bị biến ñổi: - Hệ máy phát - ñộng cơ (F-ð): ðộng cơ ñiện một chiều ñược cấp ñiện từ một máy phát ñiện một chiều (bộ biến ñổi máy ñiện). Thuộc hệ này có hệ máy ñiện khuếch ñại - ñộng cơ (MðKð - ð), ñó là hệ có BBð là máy ñiện khuếch ñại từ trường ngang. - Hệ chỉnh lưu - ñộng cơ (CL - ð): ðộng cơ một chiều ñược cấp ñiện từ một bộ chỉnh lưu (BCL). Chỉnh lưu có thể không ñiều khiển (ðiôt) hay có ñiều khiển (Thyristor)... - Hệ biến tần - ñộng cơ không ñồng bộ. d) Theo mức ñộ tự ñộng hóa: Ta có hệ truyền ñộng ñiện không tự ñộng và hệ truyền ñộng tự ñộng.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

3

suu tam: [email protected] Các hệ không tự ñộng thường là ñơn giản và ñược sử dụng cho bất kỳ ở ñâu nếu có thể ñược. Lúc ñó phần ñiện của hệ có thể chỉ có ñộng cơ ñiện không ñồng bộ và một vài khí cụ ñóng - cắt, bảo vệ như áptômát, khởi ñộng từ. Các hệ truyền ñộng tự ñộng là các hệ truyền ñộng ñiều chỉnh vòng kín có vài mạch phản hồi. Chất lượng ñiều chỉnh của các hệ này là rất cao, có thể ñáp ứng bất kỳ yêu cầu nào của quá trình công nghệ máy sản xuất. e) Một số cách phân loại khác: Ngoài các cách phân loại trên, còn có một số cách phân loại khác như truyền ñộng ñảo chiều và không ñảo chiều, truyền ñộng ñơn (nếu dùng một ñộng cơ) và truyền ñộng nhiều ñộng cơ (nếu dùng nhiều ñộng cơ ñể phối hợp truyền ñộng cho một cơ cấu công tác), truyền ñộng quay và truyền ñộng thẳng,... 1.2 §Æc tÝnh c¬ cña truyÒn ®éng ®iÖn 1.2.1 §Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt §Æc tÝnh c¬ biÓu thÞ mèi quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ m«men quay: ω = f(M) hoÆc n = F(M) Trong ®ã:

ω - Tèc ®é gãc (rad/s). n - Tèc ®é quay (vg/ph). M - M«men (N.m).

§Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt lµ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ m«men c¶n cña m¸y s¶n xuÊt: Mc = f(ω). §Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt rÊt ®a d¹ng, tuy nhiªn phÇn lín chóng ®−îc biÕu diÔn d−íi d¹ng biÓu thøc tæng qu¸t:  ω   Mc = Mco + (M®m - Mco)   ω dm 

q

(1.1)

Trong ®ã: Mc lµ m«men c¶n cña c¬ cÊu SX øng víi tèc ®é ω. Mco lµ m«men c¶n cña c¬ cÊu SX øng víi tèc ®é ω = 0. M®m lµ m«men c¶n cña c¬ cÊu SX øng víi tèc ®é ®Þnh møc ω®m

ω q = -1 1

q=1

q=0 2

3 1: §Æc tÝnh c¬ øng víi q = -1. 4

q=2

ω®m

2: §Æc tÝnh c¬ øng víi q = 0. 3: §Æc tÝnh c¬ øng víi q = 1. 4: §Æc tÝnh c¬ øng víi q = 2.

M Mco

M c®m

H×nh 1.3 - §Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt øng víi c¸c tr−êng hîp m¸y s¶n xuÊt kh¸c nhau. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

4

suu tam: [email protected] Ta cã c¸c tr−êng hîp sè mò q øng víi c¸c tr−êng hîp t¶i:

q

Mc 1

P (c«ng suÊt)

-1

~

0

Const

~ω

1

~ω

~ω2

2

~ω2

~ω3

ω

Const

Lo¹i t¶i øng víi tr−êng hîp ®Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu m¸y quÊn d©y, cuèn giÊy, c¬ cÊu truyÒn ®éng chÝnh cña c¸c m¸y c¾t gät kim lo¹i nh− m¸y tiÖn. C¸c c¬ cÊu n©ng-h¹, b¨ng t¶i, m¸y n©ng vËn chuyÓn, truyÒn ®éng ¨n dao m¸y gia c«ng kim lo¹i. M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu víi t¶i thuÇn trë. §Æc tÝnh c¬ cña c¸c m¸y thñy khÝ: b¬m, qu¹t, ch©n vÞt tµu thñy...

1.2.2 §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn lµ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ m«men cña ®éng c¬: ω=f(M). §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn chia ra ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn vµ ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o. D¹ng ®Æc tÝnh c¬ cña mçi lo¹i ®éng c¬ kh¸c nhau th× kh¸c nhau vµ sÏ ®−îc ph©n tÝch trong ch−¬ng 2. §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn: §ã lµ quan hÖ ω = f(M) cña ®éng c¬ ®iÖn khi c¸c th«ng sè nh− ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn... cña ®éng c¬ lµ ®Þnh møc theo th«ng sè ®· ®−îc thiÕt kÕ chÕ t¹o vµ m¹ch ®iÖn cña ®éng c¬ kh«ng nèi thªm ®iÖn trë, ®iÖn kh¸ng... §Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o: §ã lµ quan hÖ ω = f(M) cña ®éng c¬ ®iÖn khi c¸c th«ng sè ®iÖn kh«ng ®óng ®Þnh møc hoÆc khi m¹ch ®iÖn cã nèi thªm ®iÖn trë, ®iÖn kh¸ng... hoÆc cã sù thay ®æi m¹ch nèi. Ngoµi ®Æc tÝnh c¬, ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ng−êi ta cßn sö dông ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn. §Æc tÝnh c¬ ®iÖn biÓu diÔn quan hÖ gi÷a tèc ®é vµ dßng ®iÖn trong m¹ch ®éng c¬: ω = f(I) hay n = f(I). Trong hÖ T§§ bao giê còng cã qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng ®iÖn - c¬. ChÝnh qu¸ tr×nh biÕn ®æi nµy quyÕt ®Þnh tr¹ng th¸i lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn. Ng−êi ta ®Þnh nghÜa nh− sau: Dßng c«ng suÊt ®iÖn P®iÖn cã gi¸ trÞ d−¬ng nÕu nh− nã cã chiÒu truyÒn tõ nguån ®Õn ®éng c¬ vµ tõ ®éng c¬ biÕn

®æi c«ng suÊt ®iÖn thµnh c«ng suÊt c¬ Pc¬ = M.ω cÊp cho m¸y SX (sau khi ®· cã tæn thÊt ∆P). C«ng suÊt c¬ Pc¬ cã gi¸ trÞ d−¬ng nÕu m«men ®éng c¬ sinh ra cïng chiÒu víi tèc ®é quay, cã gi¸ trÞ ©m khi nã truyÒn tõ m¸y s¶n xuÊt vÒ ®éng c¬ vµ m«men ®éng c¬ sinh ra ng−îc chiÒu tè ®é quay. C«ng suÊt ®iÖn P®iÖn cã gi¸ trÞ ©m nÕu nã cã chiÒu tõ ®éng c¬ vÒ nguån. Tuú thuéc vµo biÕn ®æi n¨ng l−îng trong hÖ mµ ta cã tr¹ng th¸i lµm viÖc cña ®éng c¬ gåm: Tr¹ng th¸i ®éng c¬ vµ tr¹ng th¸i h·m. Tr¹ng th¸i h·m vµ tr¹ng th¸i ®éng c¬ ®−îc ph©n bè trªn ®Æc tÝnh c¬ ω(M) ë 4 gãc phÇn t− nh− sau: - ë gãc phÇn t− I, III: Tr¹ng th¸i ®éng c¬. - ë gãc phÇn t− II, IV: Tr¹ng th¸i h·m.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

5

suu tam: [email protected]

ω II

Tr¹ng th¸i h·m

I

Tr¹ng th¸i ®éng c¬

M®

ω

Mc Mc

Pc = M®.ω < 0

ω M®

Pc = M®.ω > 0

M Pc = M®.ω > 0 ω M® Mc

III Tr¹ng th¸i ®éng c¬

Pc = M®.ω < 0 Mc

ω M®

IV Tr¹ng th¸i h·m

H×nh 1.4 - C¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn. 1.2.3 Sù phï hîp gi÷a ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn vµ ®Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt Trong hÖ thèng T§§, ®éng c¬ ®iÖn cã nhiÖm vô cung cÊp ®éng lùc cho c¬ cÊu s¶n xuÊt. C¸c c¬ cÊu s¶n xuÊt cña mçi lo¹i m¸y cã c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ vµ ®Æc ®iÓm riªng. M¸y s¶n xuÊt l¹i cã rÊt nhiÒu lo¹i, nhiÒu kiÓu víi kÕt cÊu rÊt kh¸c biÖt. §éng c¬ ®iÖn còng vËy, cã nhiÒu lo¹i, nhiÒu kiÓu víi c¸c tÝnh n¨ng, ®Æc ®iÓm riªng. Víi c¸c ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vµ xoay chiÒu th× chÕ ®é lµm viÖc tèi −u th−êng lµ chÕ ®é ®Þnh møc cña ®éng c¬. §Ó mét hÖ thèng T§§ lµm viÖc tèt, cã hiÖu qu¶ th× gi÷a ®éng c¬ ®iÖn vµ c¬ cÊu s¶n xuÊt ph¶i ®¶m b¶o cã mét sù phï hîp t−¬ng øng nµo ®ã. ViÖc lùa chän hÖ T§§ vµ chän ®éng c¬ ®iÖn ®¸p øng ®óng c¸c yªu cÇu cña c¬ cÊu s¶n xuÊt cã ý nghÜa lín kh«ng chØ vÒ mÆt kü thuËt mµ c¶ vÒ mÆt kinh tÕ. Do vËy, khi thiÕt kÕ hÖ thèng T§§, ng−êi ta th−êng chän hÖ truyÒn ®éng còng nh− ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é sao cho ®−êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ cµng gÇn víi ®−êng ®Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt cµng tèt. NÕu ®¶m b¶o ®−îc ®iÒu kiÖn nµy, th× ®éng c¬ sÏ ®¸p øng tèt ®ßi hái cña c¬ cÊu s¶n xuÊt khi m«men c¶n thay ®æi vµ tæn thÊt trong qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh lµ nhá nhÊt.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

6

suu tam: [email protected]

Ch−¬ng 2

®Æc tÝnh c¬ vµ c¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt ñộng của ñộng cơ ñiện một chiều Nh− chóng ta ®· biÕt trong vËt lý, khi ®Æt vµo trong tõ tr−êng mét d©y dÉn vµ cho dßng ®iÖn ch¹y qua d©y dÉn th× tõ tr−êng sÏ t¸c dông mét tõ lùc vµo dßng ®iÖn (chÝnh lµ vµo d©y dÉn) vµ lµm d©y dÉn chuyÓn ®éng. ChiÒu cña tõ lùc x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay tr¸i. §éng c¬ ®iÖn nãi chung vµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu nãi riªng ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c nµy.

a)

c)

b)

d)

Hình 2.1 - Nguyên lý hoạt ñộng của ñộng cơ ñiện một chiều. Trên hình 2.1 là sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của ñộng cơ ñiện một chiều. Nó gồm một khung dây abcd hai ñầu nối với 2 phiến góp, ñặt trong từ trường của nam châm vĩnh cửu N-S, hai chổi ñiện A và B ñặt cố ñịnh và tỳ sát lên trên 2 phiến góp. Tại thời ñiểm như ở hình c), vị trí thanh dẫn ab nằm ở nửa trên của trục quay, dòng ñiện từ mạch ngoài qua chổi than chạy trong thanh dẫn ab có chiều từ a ñến b và lực ñiện từ Fñt xác ñịnh theo quy tắc bàn tay trái hướng vuông góc với ab như hình vẽ. Vị trí thanh dẫn cd nằm ở nửa dưới của trục quay, dòng ñiện trong thanh dẫn cd hướng từ c ñến d và lực ñiện từ Fñt như hình vẽ. Cặp lực ñiện từ trong hai thanh dẫn ab và cd này tạo thành ngẫu lực, tạo ra mômen làm khung dây quay. Khi khung dây quay ñược ½ vòng, tại thời ñiểm như ở hình d), lúc này vị trí của thanh dẫn cd nằm ở nửa trên của trục quay, nhờ có cổ góp và chổi than nên chiều của dòng ñiện qua thanh dẫn cd ñảo chiều chạy từ d ñến c, lực ñiện từ Fñt tác dụng lên thanh dẫn cd ñảo chiều so với nửa chu kỳ trước ñó. Tương tự, vị trí của thanh dẫn ab lúc này nằm ở nửa dưới của trục quay, dòng ñiện chạy GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

7

suu tam: [email protected] từ b ñến a và ñiện từ Fñt tác dụng lên thanh dẫn ab cũng ñảo chiều. Cặp lực Fñt tạo ra mômen làm khung dây vẫn tiếp tục quay theo chiều cũ. Như vậy, nhờ có chổi than và cổ góp ñiện nên khi vị trí của khung dây thay ñổi thì chiều dòng ñiện trong các thanh dẫn cũng thay ñổi ñể chiều của mômen ñiện từ tác dụng lên khung dây không ñổi, ñảm bảo cho khung dây vẫn quay theo một chiều xác ñịnh. Ta xét cấu tạo của ñộng cơ ñiện một chiều như hình vẽ. φkt

1- Cổ góp ñiện. 2- Chổi than. 3- Rotor. 4- Cực từ. 5- Cuộn dây kích từ. 6- Stato.

5

N

7 F 1

7- Cuộn dây phần ứng.

6

3

F

2

S 4

Hình 2.2 - Cấu tạo của ñộng cơ ñiện một chiều. Cấu tạo của ñộng cơ ñiện một chiều gồm 2 phần chính: Phần mạch kích từ (tạo ra từ trường) và phần quay (rôto). Từ trường ñược tạo ra nhờ các cuộn dây 5 có dòng ñiện một chiều chạy qua. Các cuộn này gọi là cuộn dây kích từ và ñược quấn quanh các cực từ 4. Trường hợp như ở hình vẽ, stato 6 của ñộng cơ có ñặt các cuộn dây kích từ nên stato còn gọi là phần kích từ (hay phần cảm). Từ trường do phần kích từ tạo ra sẽ tác dụng một từ lực vào các dây dẫn 7 ñặt trong các rãnh của Rôto 3 khi có dòng ñiện chạy qua. Cuộn dây ñặt trong các rãnh của Rôto gọi là cuộn dây phần ứng. Dòng ñiện ñưa vào cuộn dây phần ứng qua các chổi than 2 và cổ góp 1. Rôto mang cuộn dây phần ứng nên còn gọi là phần ứng. Căn cứ theo cách kích từ cho ñộng cơ ñiện một chiều, người ta phân loại ñộng cơ ñiện một chiều ra làm các loại: + ðộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập. + ðộng cơ ñiện một chiều kích từ song song. + ðộng cơ ñiện một chiều kích từ nối tiếp. + ðộng cơ ñiện một chiều kích từ hỗn hợp.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

8

suu tam: [email protected] 2.2 §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp vµ kÝch tõ song song 2.2.1 Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ở chế ñộ xác lập §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp: Cuén kÝch tõ ®−îc cÊp ®iÖn tõ nguån mét chiÒu ®éc lËp víi nguån ®iÖn cÊp cho r«to.

Hình 2.3 - Sơ ñồ nguyên lý ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập.

Hình 2.4 - Sơ ñồ nguyên lý ñộng cơ ñiện một chiều kích từ song song.

NÕu cuén kÝch tõ vµ cuén d©y phÇn øng ®−îc cÊp ®iÖn bëi cïng mét nguån ®iÖn th× ®éng c¬ lµ lo¹i kÝch tõ song song. Tr−êng hîp nµy nÕu nguån ®iÖn cã c«ng suÊt rÊt lín so víi c«ng suÊt ®éng c¬ th× tÝnh chÊt ®éng c¬ sÏ t−¬ng tù nh− ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp. Khi ®éng c¬ lµm viÖc, r«to mang cuén d©y phÇn øng quay trong tõ tr−êng cña cuén c¶m nªn trong cuén øng xuÊt hiÖn mét søc ®iÖn ®éng c¶m øng cã chiÒu ng−îc víi ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬. Theo s¬ ®å nguyªn lý trªn h×nh 2.3 vµ h×nh 2.4, cã thÓ viÕt ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cña m¹ch phÇn øng (r«to) nh− sau: U− = E− + (R− + Rp).I−

(2.1)

Trong ®ã: - U− (V) lµ ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬. - E− (V) lµ søc ®iÖn ®éng phÇn øng ®éng c¬. - R− (Ω)lµ ®iÖn trë phÇn øng của ñộng cơ. - Rp (Ω) lµ ®iÖn trë phô nối thêm vào m¹ch phÇn øng ñộng cơ. - I− lµ dßng ®iÖn phÇn øng ®éng c¬. R− = r− + rct + rcb + rcp

(2.2)

r− - §iÖn trë cuén d©y phÇn øng. rct - §iÖn trë tiÕp xóc gi÷a chæi than vµ phiÕn gãp. rcb - §iÖn trë cuén bï. rcp - §iÖn trë cuén cùc tõ phô. Søc ®iÖn ®éng phÇn øng tû lÖ víi tèc ®é quay cña r«to: E− =

p. N ⋅ φ ⋅ ω = Kφ ⋅ ω 2πa

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

(2.3)

9

suu tam: [email protected] K=

p. N lµ hÖ sè kÕt cÊu cña ®éng c¬. 2πa

φ - Tõ th«ng qua mçi cùc tõ. p - Sè ®«i cùc tõ chÝnh. N - Sè thanh dÉn t¸c dông cña cuén øng. a - Sè ®«i m¹ch nh¸nh song song cña cuén d©y phÇn øng. HoÆc ta cã thÓ viÕt: E− = Keφ.n

(2.4)

2 πn n = 60 9, 55

Vµ:

ω=

VËy:

Ke = K/ 9,55 = 0,105K

Nhê lùc tõ tr−êng t¸c dông vµo d©y dÉn phÇn øng khi cã dßng ®iÖn, r«to quay d−íi t¸c dông cña m«men ®iÖn tõ: M®t = K.φ.I−

(2.5)

Tõ hÖ 2 ph−¬ng tr×nh (2.1) vµ (2.3) ta cã thÓ rót ra ®−îc ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn biÓu thÞ mèi quan hÖ ω = f(I) cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp nh− sau:

ω=

U − R− + R p − I− Kφ Kφ

(2.6)

Tõ ph−¬ng tr×nh (2.5) rót ra I− thay vµo ph−¬ng tr×nh (2.6) ta ®−îc:

ω=

U u Ru + R p − M dt Kφ ( Kφ ) 2

(2.7)

NÕu bá qua c¸c tæn thÊt c¬ vµ tæn thÊt thÐp th× m«men c¬ trªn trôc ®éng c¬ b»ng m«men ®iÖn tõ, ta ký hiÖu lµ M. NghÜa lµ: Mc¬ = M®t = M. Ta cã ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ biÓu thÞ mèi quan hÖ ω = f(M) cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp nh− sau:

ω=

U − R− + R p − M Kφ ( Kφ ) 2

(2.8)

Cã thÓ biÓu diÔn ®Æc tÝnh c¬ d−íi d¹ng kh¸c: ω = ω0 - ∆ω Trong ®ã: ω 0 =

(2.9)

U− gäi lµ tèc ®é kh«ng t¶i lý t−ëng. Kφ

∆ω =

R− + R p ( Kφ ) 2

M gäi lµ ®é sôt tèc ®é

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

10

suu tam: [email protected] Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ (2.8) cã d¹ng hµm bËc nhÊt y = B + Ax, nªn ®−êng biÓu diÔn trªn hÖ täa ®é M0ω lµ mét ®−êng th¼ng víi ®é dèc ©m. §−êng ®Æc tÝnh c¬ c¾t trôc tung 0ω t¹i ®iÓm cã tung ®é: ω 0 =

U− . Tèc ®é ω0 ®−îc gäi lµ tèc ®é kh«ng t¶i lý t−ëng khi kh«ng cã lùc c¶n nµo c¶. §ã lµ Kφ

tèc ®é lín nhÊt cña ®éng c¬ mµ thực tế kh«ng thÓ ®¹t ®−îc ë chÕ ®é ®éng c¬ v× kh«ng bao giê x¶y ra tr−êng hîp MC = 0.

ω ωο=

U K.φ

M

0

H×nh 2.5 - §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp Khi phô t¶i t¨ng dÇn tõ MC = 0 ®Õn MC = M®m th× tèc ®é ®éng c¬ gi¶m dÇn tõ ω0 ®Õn ω®m. §iÓm A(M®m,ω®m) gäi lµ ®iÓm ®Þnh møc. Râ rµng ®−êng ®Æc tÝnh c¬ cã thÓ vÏ ®−îc tõ 2 ®iÓm ω0 vµ A. §iÓm c¾t cña ®Æc tÝnh c¬ víi trôc hoµnh 0M cã tung ®é ω = 0 vµ cã hoµnh ®é suy tõ ph−¬ng tr×nh (2.7): M = Mnm = Kφ®m U dm R−

=

Kφ®m.Inm

(2.9)

ω ωo ω®m

0

A

M M ®m

M nm

H×nh 2.6 - §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp M«men Mnm vµ Inm gäi lµ m«men ng¾n m¹ch vµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch. §ã lµ gi¸ trÞ m«men lín nhÊt vµ dßng ®iÖn lín nhÊt cña ®éng c¬ khi ®−îc cÊp ®iÖn ®Çy ®ñ mµ tèc ®é b»ng 0. Tr−êng hîp nµy x¶y ra khi b¾t ®Çu më m¸y vµ khi ®éng c¬ ®ang ch¹y mµ bÞ dõng l¹i v× bÞ kÑt hoÆc t¶i lín qu¸ kÐo kh«ng ®−îc. Dßng ®iÖn Inm nµy lín vµ th−êng b»ng: GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

11

suu tam: [email protected] Inm = (10 ÷ 20)I®m Nã cã thÓ g©y ch¸y háng ®éng c¬ nÕu hiÖn t−îng tån t¹i kÐo dµi. 2.2.2 ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè ®iÖn ®èi víi ®Æc tÝnh c¬ Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ (2.8) cho thÊy, ®−êng ®Æc tÝnh c¬ bËc nhÊt ω = f(M) phô thuéc vµo c¸c hÖ sè cña ph−¬ng tr×nh, trong ®ã cã chøa c¸c th«ng sè ®iÖn U, Rp vµ φ. Ta lÇn l−ît xÐt ¶nh h−ëng cña tõng th«ng sè nµy. 1. Tr−êng hîp thay ®æi ®iÖn trë phô m¹ch phÇn øng V× ®iÖn trë tæng cña m¹ch phÇn øng: R−Σ = R− + R−f nªn ®iÖn trë m¹ch phÇn øng chØ cã thÓ thay ®æi vÒ phÝa t¨ng R−f. U− = const ; R−f = var; φ = const Tr−êng hîp nµy, tèc ®é kh«ng t¶i gi÷ nguyªn: ω0 =

U− = const Kφ

Cßn ®é dèc cña ®Æc tÝnh c¬ thay ®æi tû lÖ thuËn theo R−Σ -

R − + R− f

= var

( Kφ ) 2

Nh− vËy, khi t¨ng ®iÖn trë R−f trong m¹ch phÇn øng, ta ®−îc mét hä c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o cïng ®i qua ®iÓm (0,ω0).

ω ωo

TN

0

Ru

R p1

R p2 R p3

R u + Rp1 R u + Rp2

M

0

M c.®m

R u + Rp3

H×nh 2.7 - Hä ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi t¨ng ®iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng. 2. Tr−êng hîp thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng V× ®iÖn ¸p phÇn øng kh«ng thÓ v−ît qu¸ gi¸ trÞ ®Þnh møc nªn ta chØ cã thÓ thay ®æi vÒ phÝa gi¶m.

U− biÕn ®æi; Rp = const; φ = const Trong ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬, ta thÊy ®é dèc ®Æc tÝnh c¬ kh«ng thay ®æi: -

R− + R p

( Kφ ) 2

= const

Tèc ®é kh«ng t¶i lý t−ëng ω0 thay ®æi tû lÖ thuËn víi ®iÖn ¸p: GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

12

suu tam: [email protected] ω0 =

U− = var Kφ

Nh− vËy khi thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng ta ®−îc mét hä c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c¬ song song víi ®−êng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn vµ thÊp h¬n ®−êng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn.

ω ωo

TN

ω1

U ®m

ω2

U1

ω3

U2 U3

M

0

H×nh 2.6 - Hä ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi gi¶m ®iÖn ¸p phÇn øng 3. Tr−êng hîp thay ®æi tõ th«ng kÝch tõ

U− = const ; R−f = const; φ = var §Ó thay ®æi tõ th«ng φ, ta ph¶i thay ®æi dßng ®iÖn kÝch tõ nhê biÕn trë Rkt m¾c ë m¹ch kÝch tõ cña ®éng c¬. V× chØ cã thÓ t¨ng ®iÖn trë m¹ch kÝch tõ nhê Rkt nªn tõ th«ng kÝch tõ chØ cã thÓ thay ®æi vÒ phÝa gi¶m so víi tõ th«ng ®Þnh møc. Tr−êng hîp nµy, c¶ tèc ®é kh«ng t¶i lý t−ëng vµ ®é dèc ®Æc tÝnh c¬ ®Òu thay ®æi. ω0 = -

U− = var Kφ

R − + R− f

( Kφ ) 2

= var

Khi ®iÒu chØnh gi¶m tõ th«ng kÝch tõ, tèc ®é kh«ng t¶i lý t−ëng ω0 t¨ng, cßn ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ th× gi¶m m¹nh. Hä ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o thu ®−îc nh− h×nh 2.7.

ω3

ω

ω2 ω1 ωo

φ3 φ2 φ1

φ®m TN

0

M

H×nh 2.9 - Hä ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi gi¶m tõ th«ng kÝch tõ. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

13

suu tam: [email protected] 2.2.3 Më m¸y (khëi ®éng) ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp NÕu khëi ®éng ®éng c¬ §M®l b»ng ph−¬ng ph¸p ®ãng trùc tiÕp th× ban ®Çu tèc ®é ®éng c¬ cßn b»ng 0 nªn dßng khëi ®éng ban ®Çu rÊt lín (Inm = U®m/R− ≈ 10÷20I®m). Nh− vËy nã ®èt nãng m¹nh ®éng c¬ vµ g©y sôt ¸p l−íi ®iÖn. HoÆc lµm cho sù chuyÓn m¹ch khã kh¨n, hoÆc m«men më m¸y qu¸ lín sÏ t¹o ra c¸c xung lùc ®éng lµm hÖ truyÒn ®éng bÞ giËt, l¾c, kh«ng tèt vÒ mÆt c¬ häc, h¹i m¸y vµ cã thÓ g©y nguy hiÓm nh−: g·y trôc, vì b¸nh r¨ng, ®øt c¸p, ®øt xÝch... T×nh tr¹ng cµng xÊu h¬n nÕu nh− hÖ T§§ th−êng xuyªn ph¶i më m¸y, ®¶o chiÒu, h·m ®iÖn nh− ë m¸y c¸n ®¶o chiÒu, cÇn trôc, thang m¸y... §Ó ®¶m b¶o an toµn cho m¸y, th−êng chän: Ik®b® = Inm ≤ Icp = 2,5I®m Muèn thÕ, ng−êi ta th−êng ®−a thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng ngay khi b¾t ®Çu khëi ®éng, vµ sau ®ã th× lo¹i dÇn chóng ra ®Ó ®−a tèc ®é ®éng c¬ lªn x¸c lËp. Ik®b® = Inm =

U ®m = (2÷2,5)I®m ≤ Icp R − + R −f

(2.10)

Trong qu¸ tr×nh më m¸y, tèc ®é ®éng c¬ ω t¨ng dÇn, søc ®iÖn ®éng cña ®éng c¬ E−=K.φ.ω còng t¨ng dÇn vµ dßng ®iÖn ®éng c¬ bÞ gi¶m: I=

U − E− R− + R p

(2.11)

do ®ã m«men ®éng c¬ còng gi¶m. NÕu cø gi÷ nguyªn Rp trong m¹ch phÇn øng th× khi tèc ®é t¨ng theo ®−êng ®Æc tÝnh 1 tíi ®iÓm B, m«men ®éng c¬ gi¶m tõ m«men Mmm xuèng b»ng m«men c¶n Mc, ®éng c¬ sÏ quay æn ®Þnh víi tèc ®é thÊp ωb. Do vËy, khi m«men gi¶m ®i mét møc nµo ®ã (ch¼ng h¹n M2) th× ph¶i c¾t dÇn ®iÖn trë phô ®Ó ®éng c¬ tiÕp tôc qu¸ tr×nh më m¸y cho ®Õn ®iÓm lµm viÖc A trªn ®−êng ®Æc tÝnh tù nhiªn. Khi b¾t ®Çu cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ víi toµn bé ®iÖn trë khëi ®éng, m«men ban ®Çu cña ®éng c¬ sÏ cã gi¸ trÞ lµ Mmm. M«men nµy lín h¬n m«men c¶n tÜnh Mc do ®ã ®éng c¬ b¾t ®Çu ®−îc gia tèc. Tèc ®é cµng t¨ng lªn th× m«men ®éng c¬ cµng gi¶m xuèng theo ®−êng cong ab. Trong qu¸ tr×nh ®ã m«men ®éng (chªnh lÖch gi÷a m«men ®éng c¬ vµ m«men c¶n: ∆M = M§ - MC) gi¶m dÇn nªn hiÖu qu¶ gia tèc còng gi¶m theo. §Õn mét tèc ®é nµo ®ã, øng víi ®iÓm b, tiÕp ®iÓm 1G ®ãng l¹i, mét ®o¹n ®iÖn trë khëi ®éng bÞ nèi t¾t. Vµ ngay t¹i tèc ®é ®ã, ®éng c¬ chuyÓn sang lµm viÖc ë ®iÓm c trªn ®−êng ®Æc tÝnh c¬ thø 2. M«men ®éng c¬ l¹i t¨ng lªn, gia tèc lín h¬n vµ sau ®ã gia tèc l¹i gi¶m dÇn khi tèc ®é t¨ng, m«men ®éng c¬ gi¶m dÇn theo ®−êng cong cd. TiÕp theo qu¸ tr×nh l¹i x¶y ra t−¬ng tù nh− vËy: sau khi ®ãng tiÕp ®iÓm 2G m«men ®éng c¬ gi¶m theo ®−êng ef vµ ®Õn ®iÓm f tiÕp ®iÓm 3G ®ãng l¹i th× ®éng c¬ chuyÓn sang lµm viÖc trªn ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

14

suu tam: [email protected]

+

-

KT§

Ikt

§

Iu

Rp1

E

Rp2

1G

Rp3

2G

3G

H×nh 2.10a - S¬ ®å më m¸y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp qua 3 cÊp ®iÖn trë

ω

M, n

ωo

A

TN g f

3

d

e 1G, 2G

b

c

1G

f fg

d

M1

n

Mc

e b c

M

a

M c M1

d

M mm

1

0

g

1G, 2G, 3G

2 b

e

c

a

t

a

0

M mm

H×nh 2.10b,c - §Æc tÝnh c¬ lóc më m¸y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp qua 3 cÊp ®iÖn trë. 2.2.4 §¶o chiÒu quay ®éng c¬ ChiÒu tõ lùc t¸c dông vµo dßng ®iÖn ®−îc x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay tr¸i. Khi ®¶o chiÒu tõ th«ng hay ®¶o chiÒu dßng ®iÖn th× tõ lùc cã chiÒu ng−îc l¹i. VËy muèn ®¶o chiÒu quay cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ta cã thÓ thùc hiÖn mét trong hai c¸ch: - HoÆc ®¶o chiÒu tõ th«ng (b»ng c¸ch ®¶o chiÒu dßng ®iÖn kÝch tõ). - HoÆc ®¶o chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng. -

+ Ikt

R

Iu

+

-

KT§

§ E

kt

Rp

Ikt

Iu

KT§

R

§ E

kt

Rp

H×nh 2.11 - S¬ ®å nèi d©y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi ®¶o chiÒu tõ th«ng hoÆc khi ®¶o chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

15

suu tam: [email protected] §−êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ khi quay thuËn vµ quay ng−îc lµ ®èi xøng nhau qua gèc täa ®é.

ω §

ω

ωo

M 0

− ωo ω

§

H×nh 2.12 - §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi ®¶o chiÒu quay Ph−¬ng ph¸p ®¶o chiÒu tõ th«ng thùc hiÖn nhÑ nhµng v× m¹ch tõ th«ng cã c«ng suÊt nhá h¬n m¹ch phÇn øng. Tuy vËy, v× cuén kÝch tõ cã sè vßng d©y lín, hÖ sè tù c¶m lín, do ®ã thêi gian ®¶o chiÒu t¨ng lªn. Ngoµi ra, dïng ph−¬ng ph¸p ®¶o chiÒu tõ th«ng th× tõ th«ng qua trÞ sè 0 cã thÓ lµm tèc ®é ®éng c¬ t¨ng qu¸ cao.

2.3 §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp 2.3.1 Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp cã cuén kÝch tõ m¾c nèi tiÕp víi cuén d©y phÇn øng nh− s¬ ®å nguyªn lý ë h×nh 2.13.

+

Iu

§

Ikt

Rp

E

KT§ H×nh 2.13 - S¬ ®å nguyªn lý ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp Víi c¸ch m¾c nèi tiÕp, dßng ®iÖn kÝch tõ b»ng dßng ®iÖn phÇn øng Ikt = I− nªn cuén d©y kÝch tõ nèi tiÕp cã tiÕt diÖn d©y lín vµ sè vßng d©y Ýt. Tõ th«ng cña ®éng c¬ phô thuéc vµo dßng ®iÖn phÇn øng, tøc lµ phô thuéc vµo t¶i:

φ = K'.I− Trong ®ã K' lµ hÖ sè phô thuéc vµo cÊu t¹o cña cuén d©y kÝch tõ. Ph−¬ng tr×nh trªn chØ ®óng khi m¹ch tõ kh«ng b·o hoµ tõ vµ khi dßng ®iÖn I− < (0,8÷0,9)I®m. TiÕp tôc t¨ng I− th× tèc ®é t¨ng tõ th«ng

φ chËm h¬n tèc ®é t¨ng I− råi sau ®ã khi t¶i lín (I− > I®m) th× cã thÓ coi φ=const v× m¹ch tõ ®· bÞ b·o hßa.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

16

suu tam: [email protected]

φ

I

0

H×nh 2.14 - Sù phô thuéc gi÷a tõ th«ng vµ dßng phÇn øng (còng lµ dßng kÝch tõ) ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp XuÊt ph¸t tõ c¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu nãi chung: U− = E− + (R− + R−f).I− E− = K.φ.ω M = K.φ.I− = K.K'. I −2

(2.12)

Ta cã thÓ t×m ®−îc ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp:

U

ω=

−

R− ∑

(2.13) K . K ' . M K .K ' §å thÞ ®−êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp lµ mét ®−êng hyperbol.

ω

A

ω®m

M

0

M C. ®m

H×nh 2.15 - §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp. Thùc tÕ, ®éng c¬ th−êng ®−îc thiÕt kÕ ®Ó lµm viÖc víi m¹ch tõ b¶o hßa ë vïng t¶i ®Þnh møc. Do vËy, khi t¶i nhá, ®Æc tÝnh c¬ cã d¹ng ®−êng hypecbol bËc 2 vµ mÒm, cßn khi t¶i lín (trªn ®Þnh møc) ®Æc tÝnh cã d¹ng gÇn th¼ng vµ cøng h¬n v× m¹ch tõ ®· b¶o hßa (φ = const). Khi MC = 0 (I− = 0), theo ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ (2.13) th× trÞ sè ω sÏ v« cïng lín. Thùc tÕ do cã lùc ma s¸t ë cæ trôc ®éng c¬ vµ m¹ch tõ khi Ikt = 0 vÉn cßn cã tõ d− (φd− ≠ 0) nªn khi kh«ng t¶i MC ≈ 0, tèc ®é ®éng c¬ lóc ®ã sÏ lµ:

ω0 =

U Kφd −

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

(2.14)

17

suu tam: [email protected] Tèc ®é nµy kh«ng ph¶i lín v« cïng nh−ng do tõ d− φd− nhá nªn ω0 còng lín h¬n nhiÒu so víi trÞ sè dÞnh møc (5÷6)ω®m vµ cã thÓ g©y h¹i vµ nguy hiÓm cho hÖ T§§. V× vËy kh«ng ®−îc ®Ó ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp lµm viÖc ë chÕ ®é kh«ng t¶i hoÆc r¬i vµo t×nh tr¹ng kh«ng t¶i. Kh«ng dïng ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp víi c¸c bé truyÒn ®ai hoÆc ly hîp ma s¸t... Th«ng th−êng, t¶i tèi thiÓu cña ®éng c¬ lµ kho¶ng (10÷20)% ®Þnh møc. ChØ nh÷ng ®éng c¬ c«ng suÊt rÊt nhá (vµi chôc Watt) míi cã thÓ cho phÐp ch¹y kh«ng t¶i.

2.3.2 ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè ®iÖn ®èi víi ®Æc tÝnh c¬ ë ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp, dßng ®iÖn phÇn øng còng lµ dßng ®iÖn kÝch tõ nªn kh¶ n¨ng t¶i cña ®éng c¬ hÇu nh− kh«ng bÞ ¶nh h−ëng bëi ®iÖn ¸p. Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ω = f(M) (2.13) cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp cho thÊy ®Æc tÝch c¬ bÞ ¶nh h−ëng bëi ®iÖn trë m¹ch ®éng c¬ (m¹ch phÇn øng vµ còng lµ m¹ch kÝch tõ). §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn cao nhÊt øng víi ®iÖn trë phô R−f = 0. C¸c ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o øng víi R−f

≠ 0. §Æc tÝnh cµng thÊp khi R−f cµng lín.

ω R p2

R p1

Rp

TN R p =0 R p1

0

R p2

M M mm

H×nh 2.16 - ¶nh h−ëng cña ®iÖn trë m¹ch phÇn øng tíi ®Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp. TrÞ sè Mmm suy tõ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ khi cho ω = 0

Mmm

U = K .K '   R−

2

 2  = K .K '.Inm 

(2.15)

Trong ®ã:

Inm =

U R−

2.3.3 Më m¸y (khëi ®éng) ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp Lóc më m¸y ®éng c¬, ph¶i ®−a thªm ®iÖn trë më m¸y vµo m¹ch ®éng c¬ ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn më m¸y kh«ng ®−îc v−ît qu¸ giíi h¹n 2,5I®m. Trong qu¸ tr×nh ®éng c¬ t¨ng tèc, ph¶i c¾t dÇn ®iÖn trë më m¸y vµ khi kÕt thóc qu¸ tr×nh më m¸y, ®éng c¬ sÏ lµm viÖc trªn ®−êng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn kh«ng cã ®iÖn trë më m¸y.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

18

suu tam: [email protected]

ω TN -

+ Iu

K1

Ikt

§

K2

R1

1 2

ω1 ω2 0

E

KT§

A

ωA

R2

e c a M M mm

d b MC M 2

H×nh 2.17 - S¬ ®å më m¸y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp qua 2 cÊp ®iÖn trë phô. Khi ®éng c¬ ®−îc cÊp ®iÖn, c¸c tiÕp ®iÓm K1 vµ K2 më ®Ó nèi c¸c ®iÖn trë R1 vµ R2 vµo m¹ch ®éng c¬. Dßng ®iÖn qua ®éng c¬ ®−îc h¹n chÕ trong giíi h¹n cho phÐp øng víi m«men më m¸y: Mmm = M1 = (2÷2,5)M®m §éng c¬ b¾t ®Çu t¨ng tèc theo ®Æc tÝnh c¬ 1 tõ ®iÓm a ®Õn ®iÓm b. Cïng víi qu¸ tr×nh t¨ng tèc, m«men ®éng c¬ gi¶m dÇn. Tíi ®iÓm b, tèc ®é ®éng c¬ lµ ω2 vµ m«men lµ M2=(1,1÷1,3)M®m th× tiÕp ®iÓm K2 ®ãng, c¾t ®iÖn trë më m¸y R2 ra khái m¹ch ®éng c¬. §éng c¬ chuyÓn tõ ®Æc tÝnh c¬ 2 sang lµm viÖc t¹i ®iÓm c trªn ®Æc tÝnh c¬ 1. Thêi gian chuyÓn ®Æc tÝnh v« cïng ng¾n nªn tèc ®é ®éng c¬ coi nh− gi÷ nguyªn hay nói cách khác tại thời ñiểm chuyển ñổi ñặc tính tốc ñộ ñộng cơ chưa kịp

thay ñổi do quán tính. §o¹n bc song song víi trôc hoµnh OM. Lóc nµy m«men ®éng c¬ l¹i t¨ng tõ M2 lªn M1, ®éng c¬ tiÕp tôc t¨ng tèc nhanh theo ®Æc tÝnh c¬ 1. Khi m«men ®éng c¬ gi¶m xuèng cßn M2 (øng víi tèc ®é ω1) th× ®iÖn trë më m¸y R1 cßn l¹i ®−îc c¾t nèt ra khái m¹ch ®éng c¬ nhê ®ãng tiÕp ®iÓm K1. §éng c¬ chuyÓn sang lµm viÖc t¹i ®iÓm e trªn ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn vµ l¹i t¨ng tèc theo ®Æc tÝnh nµy tíi lµm viÖc t¹i ®iÓm A. T¹i ®©y, m«men ®éng c¬ M§ c©n b»ng víi m«men c¶n MC nªn ®éng c¬ sÏ quay víi tèc ®é æn ®Þnh ωA. 2.3.4 §¶o chiÒu quay ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp Còng nh− ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song, ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp sÏ ®¶o chiÒu quay khi ®¶o chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng.

ω TN

+

Iu

§ +

Rp

Ikt

Rp

E

-

ω

§

M

0

KT§ Rp TN

§

ω

H×nh 2.18 - §¶o chiÒu quay ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

19

suu tam: [email protected] 2.4 C¸c tr¹ng th¸i h·m cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu H·m mét hÖ T§§ nh»m ®¹t ®−îc mét trong c¸c môc ®Ých sau: - Dõng hÖ T§§. - Gi÷ hÖ thèng ®øng yªn khi hÖ thèng ®ang chÞu mét lùc cã xu h−íng g©y chuyÓn ®éng. - Gi¶m tèc hÖ T§§. - Gh×m cho hÖ T§§ lµm viÖc víi tèc ®é æn ®Þnh. VÝ dô: gi÷ tèc ®é ®Òu khi xe ®iÖn xuèng dèc, khi h¹ xe kÝp t¶i liÖu, khi h¹ vËt cÈu ë cÇn trôc...). §Ó h·m mét hÖ T§§, cã thÓ b»ng hai ph−¬ng ph¸p: H·m theo ph−¬ng ph¸p c¬ hoÆc h·m theo ph−¬ng ph¸p ®iÖn (h·m ®iÖn). H·m theo ph−¬ng ph¸p c¬ lµ dïng phanh c¬ hoÆc ®iÖn - c¬. Phanh ®iÖn - c¬ th−êng ®Æt ë cæ trôc ®éng c¬ vµ cã nhiÒu kiÓu, nhiÒu lo¹i nh−ng nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña chóng t−¬ng tù nhau. §ã lµ khi cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ ch¹y th× cuén phanh còng ®−îc cÊp ®iÖn vµ cæ trôc ®éng c¬ ®−îc níi láng. Khi c¾t ®iÖn ®Ó ®éng c¬ dõng th× cuén phanh còng mÊt ®iÖn vµ cæ trôc ®éng c¬ bÞ Ðp chÆt. Víi c¸ch h·m b»ng ph−¬ng ph¸p c¬ th× khã ®¹t ®−îc c¶ 4 môc ®Ých nªu trªn (2 môc ®Ých sau cïng khã thùc hiÖn). Tr¹ng th¸i h·m ®iÖn cña ®éng c¬ lµ tr¹ng th¸i ®éng c¬ sinh ra m«men ®iÖn tõ ng−îc víi chiÒu quay cña r«to. Ph−¬ng ph¸p h·m ®iÖn tá ra rÊt cã hiÖu lùc trong tÊt c¶ c¸c môc ®Ých nªu trªn. Khi h·m ®iÖn, trôc ®éng c¬ kh«ng bÞ phÇn tö nµo tú vµo c¶ mµ chØ cã m«men ®iÖn tõ t¸c dông vµo r«to ®éng c¬ ®Ó c¶n l¹i chuyÓn ®éng quay mµ r«to ®ang cã. §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã 3 tr¹ng th¸i h·m ®iÖn: - H·m t¸i sinh (H·m cã hoµn tr¶ n¨ng l−îng vÒ l−íi). - H·m ng−îc. - H·m ®éng n¨ng. §Æc ®iÓm chung cña c¶ 3 tr¹ng th¸i h·m ®iÖn lµ ®éng c¬ ®Òu lµm viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t, biÕn c¬ n¨ng mµ hÖ T§§ ®ang cã qua ®éng c¬ thµnh ®iÖn n¨ng ®Ó hoÆc hoµn tr¶ vÒ l−íi (h·m t¸i sinh) hoÆc tiªu thô thµnh d¹ng nhiÖt trªn ®iÖn trë h·m (h·m ng−îc, h·m ®éng n¨ng). M«men ®Ó quay ®éng c¬ ë chÕ ®é m¸y ph¸t sÏ lµ m«men h·m ®èi víi hÖ T§§. 2.4.1 H·m t¸i sinh H·m t¸i sinh x¶y ra khi tèc ®é quay cña ®éng c¬ lín h¬n tèc ®é kh«ng t¶i lý t−ëng (ω>ω0). Khi h·m t¸i sinh: E− > U−, ®éng c¬ lµm viÖc nh− mét m¸y ph¸t song song víi l−íi vµ tr¶ n¨ng l−îng vÒ nguån, lóc nµy th× dßng h·m vµ m«men h·m ®· ®æi chiÒu so víi chÕ ®é ®éng c¬: U − − E − Kφω 0 − Kφω = <0 R R M h = KφI h < 0 Ih =

   

(2.16)

Trong tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh, tèc ®é cña ®éng c¬ cµng t¨ng trªn tèc ®é c¬ b¶n, trÞ sè m«men h·m cµng lín dÇn lªn cho ®Õn khi c©n b»ng víi m«men phô t¶i cña c¬ cÊu s¶n xuÊt th× hÖ thèng lµm viÖc æn ®Þnh víi tèc ®é ω«® > ω0. §−êng ®Æc tÝnh c¬ ë tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh n»m trong gãc phÇn t− thø II vµ thø IV cña mÆt ph¼ng täa ®é. Trong tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh, dßng ®iÖn h·m ®æi chiÒu vµ c«ng suÊt ®−îc ®−a tr¶ vÒ l−íi ®iÖn cã gi¸ trÞ P = (E-U)I. §©y lµ ph−¬ng ph¸p h·m kinh tÕ nhÊt v× ®éng c¬ sinh ra ®iÖn n¨ng h÷u Ých.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

20

suu tam: [email protected]

ω U

I

ω«®

I

U

ωo

E

E

M 0

MC

H×nh 2.19 - §Æc tÝnh c¬ h·m t¸i sinh ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. Trong thùc tÕ, c¬ cÊu n©ng h¹ cña cÇu trôc, thang m¸y, th× khi n©ng t¶i, ®éng c¬ truyÒn ®éng th−êng lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ (®iÓm A). Khi h¹ t¶i, ta ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p phÇn øng ®Æt vµo ®éng c¬. NÕu m«men do träng t¶i g©y ra lín h¬n m«men ma s¸t trong c¸c bé phËn chuyÓn ®éng cña c¬ cÊu, ®éng c¬ sÏ lµm viÖc ë chÕ ®é h·m t¸i sinh. §Ó h¹n chÕ dßng khëi ®éng ta ®ãng thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng. Tèc ®é ®éng c¬ t¨ng dÇn lªn, khi tèc ®é ®éng c¬ gÇn ®¹t tíi gi¸ trÞ ω0 ta c¾t ®iÖn trë phô (®iÓm c), ®éng c¬ t¨ng tèc ®é trªn ®−êng ®Æc tÝnh tù nhiªn (®o¹n cB). Khi tèc ®é v−ît qu¸ ω > ω0 th× m«men ®iÖn tõ cña ®éng c¬ ®æi dÊu trë thµnh m«men h·m. §Õn ®iÓm B th× m«men Mh = MC, t¶i träng ®−îc h¹ víi tèc ®é æn ®Þnh ω«® trong tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh.

ω ωo

M

N©ng t¶i Mc

A

M k®

M 0

MC M

c d

−

ω«®

ωo

H¹ t¶i Mc

B

H×nh 2.20 - §Æc tÝnh h·m t¸i sinh khi h¹ t¶i träng cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

21

suu tam: [email protected] 2.4.2 H·m ng−îc H·m ng−îc lµ tr¹ng th¸i cña ®éng c¬ khi m«men h·m cña ®éng c¬ ng−îc chiÒu víi tèc ®é quay (M↑↓ω). M«men h·m sinh ra bëi ®éng c¬ khi ®ã chèng l¹i chiÒu quay cña c¬ cÊu s¶n xuÊt. H·m ng−îc cã hai tr−êng hîp:

a) §−a ®iÖn trë phô lín vµo m¹ch phÇn øng: §éng c¬ ®ang lµm viÖc nâng tải ë ®iÓm a, ñể hạ tải ta ®−a thªm Rp lín vµo m¹ch phÇn øng th× ®éng c¬ sÏ chuyÓn sang ®iÓm b trªn ®Æc tÝnh biÕn trë. T¹i ®iÓm b m«men do ®éng c¬ sinh ra nhá h¬n m«men c¶n nªn ®éng c¬ gi¶m tèc ®é nh−ng t¶i vÉn theo chiÒu n©ng lªn. §Õn ®iÓm c v× m«men ®éng c¬ nhá h¬n m«men t¶i nªn d−íi t¸c ®éng cña t¶i träng, ®éng c¬ quay theo chiÒu ng−îc l¹i. T¶i träng ®−îc h¹ xu«ng víi tèc ®é t¨ng dÇn. §Õn ®iÓm d m«men ®éng c¬ c©n b»ng víi m«men c¶n nªn hÖ lµm viÖc æn ®Þnh víi tèc ®é h¹ kh«ng ®æi ω«®. §o¹n cd lµ ®o¹n h·m ng−îc, ®éng c¬ lµm viÖc nh− mét m¸y ph¸t nèi tiÕp víi l−íi ®iÖn, lóc nµy søc ®iÖn ®éng cña ®éng c¬ ®¶o dÊu nªn:

U u + Eu U u + Kφω  = Ru + R p Ru + R p   M h = KφI h  Ih =

(2.17)

ω ωo

a

N©ng t¶i

b

M

ω«®

M

MC

c

d I

H¹ t¶i Mc

U E

H×nh 2.21 - §Æc tÝnh c¬ h·m ng−îc cña §M®l tr−êng hîp ®−a ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng. b) H·m ng−îc b»ng c¸ch ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p phÇn øng: §éng c¬ ®ang lµm viÖc ë ®iÓm a, ta ®æi chiÒu ®iÖn ¸p phÇn øng (v× dßng ®¶o chiÒu lín nªn ph¶i thªm ®iÖn trë phô vµo ®Ó h¹n chÕ) th× ®éng c¬ sÏ chuyÓn sang ®iÓm b, t¹i ®iÓm b m«men ®· ®æi chiÒu chèng l¹i chiÒu quay cña ®éng c¬ nªn tèc ®é gi¶m theo ®o¹n bc. T¹i c nÕu ta c¾t ®éng c¬ khái ®iÖn ¸p nguån th× ®éng c¬ sÏ dõng l¹i, cßn nÕu kh«ng th× t¹i ®iÓm c m«men ®éng c¬ lín h¬n m«men c¶n nªn ®éng c¬ sÏ quay ng−îc l¹i vµ sÏ lµm viÖc x¸c lËp ë d nÕu phô t¶i ma s¸t. §o¹n bc lµ ®o¹n h·m ng−îc, lóc nµy dßng h·m vµ m«men h·m cña ®éng c¬:

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

22

suu tam: [email protected] − U− − E − U + Kφω  =− − <0  R− + R−f R − + R −f   M h = KφI h < 0  Ih =

(2.18)

Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: ω=

- U− R− + R−f M Kφ ( Kφ ) 2

I

E

(2.19)

ω

ωo

b

a

U Mc

Mc

M

c d

ω«®

−

ωo

H×nh 2.22 - §Æc tÝnh h·m ng−îc §M®l tr−êng hîp ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p phÇn øng. 2.4.3 H·m ®éng n¨ng a) H·m ®éng n¨ng kÝch tõ ®éc lËp: §éng c¬ ®ang lµm viÖc víi l−íi ®iÖn (®iÓm a), thùc hiÖn c¾t phÇn øng ®éng c¬ ra khái l−íi ®iÖn vµ ®ãng vµo mét ®iÖn trë h·m Rh, do ®éng n¨ng tÝch luü trong ®éng c¬, cho nªn ®éng c¬ vÉn quay vµ nã lµm viÖc nh− mét m¸y ph¸t biÕn c¬ n¨ng thµnh nhiÖt n¨ng trªn ®iÖn trë h·m vµ ®iÖn trë phÇn øng. Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ khi h·m ®éng n¨ng:

ω=−

R− + Rh M ( Kφ ) 2

(2.20)

T¹i thêi ®iÓm h·m ban ®Çu, tèc ®é h·m ban ®Çu lµ ωh® nªn søc ®iÖn ®éng ban ®Çu, dßng h·m ban ®Çu vµ m«men h·m ban ®Çu:

  E hd Kφω hd  I hd = − =− <0  R− + Rh R− + Rh   M hd = KφI hd < 0 E hd = Kφω hd

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

(2.21)

23

suu tam: [email protected] Trªn ®å thÞ ®Æc tÝnh c¬ h·m ®éng n¨ng ta thÊy r»ng nÕu m«men c¶n lµ ph¶n kh¸ng th× ®éng c¬ sÏ dõng hẳn (c¸c ®o¹n b10 hoÆc b20), cßn nÕu m«men c¶n lµ thÕ n¨ng th× d−íi t¸c dông cña t¶i sÏ kÐo ®éng c¬ quay theo chiÒu ng−îc l¹i (0c1 hoÆc 0c2).

b2 +

-

KT§

Ih

ωo

b1 Rh2

ω a

Rh1

Rkt 0

§

M h®2

E

Rh

Mc

M

M h®1

ω«®1

c2

ω«®2

c1

H×nh 2.23 - S¬ ®å h·m ®éng n¨ng kÝch tõ ®éc lËp cña §M®l b) H·m ®éng n¨ng tù kÝch tõ: Nh−îc ®iÓm cña h·m ®éng n¨ng kÝch tõ ®éc lËp lµ nÕu mÊt ®iÖn l−íi th× kh«ng thÓ thùc hiÖn h·m ®−îc do cuén d©y kÝch tõ vÉn ph¶i nèi víi nguån. Muèn kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nµy ng−êi ta th−êng sö dông ph−¬ng ph¸p h·m ®éng n¨ng tù kÝch tõ. §éng c¬ ®ang lµm viÖc víi l−íi ®iÖn (®iÓm a), thùc hiÖn c¾t c¶ phÇn øng vµ kÝch tõ cña ®éng c¬ ra khái l−íi ®iÖn vµ ®ãng vµo mét ®iÖn trë h·m Rh, do ®éng n¨ng tÝch luü trong ®éng c¬, cho nªn ®éng c¬ vÉn quay vµ nã lµm viÖc nh− mét m¸y ph¸t tù kÝch biÕn c¬ n¨ng thµnh nhiÖt n¨ng trªn c¸c ®iÖn trë. Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ khi h·m ®éng n¨ng tù kÝch tõ: R h . R kt R h + R kt M ( Kφ ) 2

R− + ω=−

(2.22)

Trªn ®å thÞ ®Æc tÝnh c¬ h·m ®éng n¨ng tù kÝch tõ ta thÊy r»ng trong qu¸ tr×nh h·m, tèc ®é gi¶m dÇn vµ dßng kÝch tõ còng gi¶m dÇn, do ®ã tõ th«ng cña ®éng c¬ còng gi¶m dÇn vµ lµ hµm cña tèc ®é, v× vËy c¸c ®Æc tÝnh c¬ khi h·m ®éng n¨ng tù kÝch tõ gièng nh− ®Æc tÝnh kh«ng t¶i cña m¸y ph¸t tù kÝch tõ.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

24

suu tam: [email protected]

b2

KT§

b1 Rh2

Ikt

ωo

a

Rh1

§

0

E

M h®2

Ih

ω

Rh

M

Mc

M h®1

ω«®1

c2

ω«®2

c1

H×nh 2.24 - S¬ ®å h·m ®éng n¨ng tù kÝch cña §M®l. So víi ph−¬ng ph¸p h·m ng−îc, h·m ®éng n¨ng cã hiÖu qu¶ h¬n khi cã cïng tèc ®é h·m ban ®Çu, nhÊt lµ tèn Ýt n¨ng l−îng h¬n. 2.5 §éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu ba pha kh«ng ®ång bé (K§B) 2.5.1 CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng Nh− ®· biÕt trong vËt lý, khi cho dßng ®iÖn 3 pha vµo 3 cuén d©y ®Æt lÖch nhau 1200 trong kh«ng gian th× tõ tr−êng tæng do 3 cuén d©y t¹o ra lµ mét tõ tr−êng quay. NÕu trong tõ tr−êng quay nµy cã ®Æt c¸c thanh dÉn ®iÖn th× tõ tr−êng quay sÏ quÐt qua c¸c thanh dÉn ®iÖn vµ lµm xuÊt hiÖn mét søc ®iÖn ®éng c¶m øng trong c¸c thanh dÉn. Nèi c¸c thanh dÉn víi nhau vµ lµm mét trôc quay th× trong c¸c thanh dÉn sÏ cã dßng ®iÖn (ng¾n m¹ch) cã chiÒu x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay ph¶i. Tõ tr−êng quay l¹i t¸c dông vµo chÝnh dßng c¶m øng nµy mét tõ lùc cã chiÒu x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay tr¸i vµ t¹o ra mét m«men lµm quay lång trô vµ c¸c thanh dÉn theo chiÒu quay cña tõ tr−êng quay.

a)

b)

H×nh 2.25 - Nguyên lý từ trường quay của ñộng cơ không ñồng bộ

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

25

suu tam: [email protected] Tèc ®é quay cña lång trô lu«n nhá h¬n tèc ®é quay cña tõ tr−êng quay. NÕu lång trô quay víi tèc ®é b»ng tèc ®é cña tõ tr−êng quay th× tõ tr−êng sÏ kh«ng quÐt qua c¸c thanh dÉn n÷a nªn kh«ng cã dßng ®iÖn c¶m øng vµ m«men quay còng kh«ng cßn. Khi ®ã do m«men c¶n, lång trô sÏ quay chËm l¹i h¬n tõ tr−êng quay vµ c¸c thanh d½n l¹i bÞ tõ tr−êng quÐt qua, dßng ®iÖn c¶m øng l¹i xuÊt hiÖn vµ do ®ã l¹i cã m«men quay lµm lång trô tiÕp tôc quay nh−ng víi tèc ®é lu«n nhá h¬n cña tõ tr−êng quay. §éng c¬ lµm viÖc trªn nguyªn t¾c nµy nªn ®−îc gäi lµ kh«ng ®ång bé (hay cßn gäi lµ ®éng c¬ dÞ bé). Cấu tạo của một ñộng cơ không ñồng bộ gồm các phần như hình vẽ:

H×nh 2.26 - CÊu t¹o của ®éng c¬ xoay chiÒu ba pha K§B. Cấu tạo của ñộng cơ không ñồng bộ có hai phần chính là Stator và Rotor, ngoài ra còn có nắp máy, ổ bi, bộ phận thông gió,... 1. Stator Stator gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. Lõi thép Stator có dạng hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật ñiện, ñược dập rãnh bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Lõi thép ñược ép vào trong vỏ máy.

(a)

(b)

0

1

2

(c) GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

Hình 2.27 - Cấu tạo Stator ñộng cơ KðB. a) Lá thép stator; b)Lõi thép stator; c) Dây quấn stator.

26

suu tam: [email protected] Dây quấn stator thường ñược làm bằng các dây ñồng có bọc cách ñiện và ñặt trong các rãnh của lõi thép. 2. Rotor Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.

Lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật ñiện ñược lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại, mặt ngoài dập rãnh ñể ñặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ ñể lắp trục. Dây quấn rotor của máy ñiện không ñồng bộ có hai kiểu: rotor ngắn mạch còn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn. Rotor lồng sóc gồm các thanh ñồng hoặc thanh nhôm ñặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai ñầu. Với ñộng cơ cỡ nhỏ, dây quấn rotor ñược ñúc bằng nhôm nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát. Rôto dây quấn cũng quấn giống như dây quấn ba pha stato và có cùng số cực từ như dây quấn stato. Dây quấn kiểu nầy luôn luôn ñấu sao (Y) và có ba ñầu ra ñấu vào ba vành trượt, gắn vào trục quay của rôto và cách ñiện với trục. Ba chổi than cố ñịnh và luôn tỳ trên vành trượt nầy ñể dẫn ñiện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài ñộng cơ ñể khởi ñộng hoặc ñiều chỉnh tốc ñộ.

Vành trượt Chổi than Dây quấn stato (ñấu Y hoặc ∆)

Dây quấn rôto (ñấu Y)

Biến trở khởi ñộng

b) Rotor dây quấn.

a) Rotor lồng sóc.

H×nh 2.28 - Rotor của ®éng c¬ xoay chiÒu ba pha K§B. C¸c ®¹i l−îng liªn quan ®Õn mạch stator cã chØ sè 1 nh−: U1, I1, R1... vµ c¸c ®¹i l−îng liªn quan ®Õn m¹ch phÇn øng (m¹ch rôtor) cã chØ sè 2 nh−: U2, I2, R2, f2... Tèc ®é quay cña tõ tr−êng quay phô thuéc vµo sè ®ôi cùc tõ p, sè ®«i cùc tõ cµng lín th× tèc ®é quay cña tõ tr−êng cµng bÞ gi¶m. Víi cuén c¶m t¹o ra tõ tr−êng cã p ®«i cùc tõ th× tèc ®é quay gi¶m p lÇn lµ

f1 (vg/s) p

hay:

n0 =

60 f1 , (vg/ph) p

hoÆc:

ω0 =

2π .n0 2π . f1 , (rad/s) = 60 p

(2.23) (2.24)

Tèc ®é kh«ng ®ång bé n2 cña rotor nhá h¬n tèc ®é ®ång bé n0 vµ sù sai lÖch nµy ®−îc ®¸nh gi¸ qua mét ®¹i l−îng gäi lµ ®é tr−ît s:

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

27

suu tam: [email protected]

s=

ω n0 − n2 ω0 − ω2 = = 1− 2 n0 ω0 ω0

(2.25)

ë chÕ ®é ®éng c¬, ®é tr−ît s cã gi¸ trÞ 0 ≤ s ≤ 1. Dßng ®iÖn c¶m øng trong cuén d©y rotor còng lµ dßng xoay chiÒu víi tÇn sè x¸c ®Þnh qua tèc ®é t−¬ng ®èi cña rotor ®èi víi tõ tr−êng quay: p.(n0 − n2 ) = s.f1 (Hz) (2.26) 60 C¸c ®éng c¬ xoay chiÒu K§B cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh thÊp, vËn hµnh tin cËy h¬n so víi ®éng c¬ mét chiÒu nªn ®−îc sö dông réng r·i h¬n.

f2 =

2.5.2 Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ Khi coi 3 pha ®éng c¬ lµ ®èi xøng, ®−îc cÊp nguån bëi nguån xoay chiÒu h×nh sin 3 pha ®èi xøng vµ m¹ch tõ ®éng c¬ kh«ng b·o hoµ th× cã thÓ xem xÐt ®éng c¬ qua s¬ ®å thay thÕ 1 pha. ®ã lµ s¬ ®å ®iÖn mét pha phÝa stator víi c¸c ®¹i l−îng ®iÖn ë m¹ch r«to ®· quy ®æi vÒ stator. X1

I1

R1

X'2

Xm

Io

~ U1ph

I'2

R'2

Rm

s

H×nh 2.29 - S¬ ®å thay thÕ mét pha ®éng c¬ K§B Khi cuén d©y stator ®−îc cÊp ®iÖn víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc U1ph.®m trªn 1 pha mµ gi÷ yªn rotor (kh«ng quay th× mçi pha cña cuén d©y rotor sÏ xuÊt hiÖn mét søc ®iÖn ®éng E2ph.®m theo nguyªn lý cña m¸y biÕn ¸p. HÖ sè quy ®æi søc ®iÖn ®éng lµ: kE =

U 1 ph.dm E 2 ph.dm

(2.27)

Tõ ®ã ta cã hÖ sè quy ®æi dßng ®iÖn: kI =

1 kE

(2.28)

vµ hÖ sè quy ®æi trë kh¸ng: kR = kX =

kE =kE2 kI

(2.29)

Víi c¸c hÖ sè quy ®æi nµy, c¸c ®¹i l−îng ®iÖn ë m¹ch rotor cã thÓ quy ®æi vÒ m¹ch stator theo c¸ch sau: - Dßng ®iÖn: I'2 = kII2 - §iÖn kh¸ng: X'2 = kXX2 - §iÖn trë: R'2 = kRR2

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

28

suu tam: [email protected] Trªn s¬ ®å thay thÕ ë h×nh 2.29, c¸c ®¹i l−îng kh¸c lµ: I0 - Dßng ®iÖn tõ hãa cña ®éng c¬. Rm, Xm - §iÖn trë, ®iÖn kh¸ng m¹ch tõ hãa. I1 - Dßng ®iÖn cuén d©y stator. R1, X1 - §iÖn trë, ®iÖn kh¸ng cuén d©y stator. Dßng ®iÖn rotor quy ®æi vÒ stator cã thÓ tÝnh tõ s¬ ®å thay thÕ: I 2' =

U1 ph

(2.30)

2

 R'  2  R1 + 2  + (X 1 + X 2' ) s  

Khi ®éng c¬ ho¹t ®éng, c«ng suÊt ®iÖn tõ P12 tõ stator chuyÓn sang rotor thµnh c«ng suÊt c¬ Pc¬ ®−a ra trªn trôc ®éng c¬ vµ c«ng suÊt nhiÖt ∆P2 ®èt nãng cuén d©y: (2.31) P12 = Pc¬ + ∆P2 NÕu bá qua tæn thÊt phô th× cã thÓ coi m«men ®iÖn tõ M®t cña ®éng c¬ b»ng m«men c¬ Mc¬: M®t = Mc¬ = M Tõ ®ã:

P12 = M.ω0 = Mω + ∆P2

Suy ra:

M=

(2.32)

∆P2 ∆P2 = ω 0 − ω s.ω 0

(2.33)

C«ng suÊt nhiÖt trong cuén d©y 3 pha lµ: ∆P2 = 3R'2I'22 Thay vµo ph−¬ng tr×nh tÝnh m«men ta cã ®−îc:

3U12ph R2'

M=

2   R2'  2  + X nm  sω 0  R1 + s    Trong ®ã:Xnm = X1 + X'2 lµ ®iÖn kh¸ng ng¾n m¹ch.

(2.34)

(2.35)

Ph−¬ng tr×nh trªn biÓu thÞ mèi quan hÖ M = f(s) = f[s(ω)] gäi lµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu 3 pha kh«ng ®ång bé. Víi nh÷ng gi¸ trÞ kh¸c nhau cña s (0≤ s ≤1), ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cho ta nh÷ng gi¸ trÞ t−¬ng øng cña M. §−êng biÓu diÔn M = f(s) trªn hÖ trôc täa ®é sOM nh− h×nh 2.26, ®ã lµ ®−êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ xoay chiÒu ba pha kh«ng ®ång bé. §−êng ®Æc tÝnh c¬ cã ®iÓm cùc trÞ gäi lµ ®iÓm tíi h¹n K. T¹i ®iÓm ®ã: dM =0 ds

Gi¶i ph−¬ng tr×nh ta cã: sth = ±

R2' 2 R12 + X nm

(2.36)

Thay vµo ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ta cã: Mth = ±

3U12ph 2 2ω 0 ( R1 ± R12 + X nm )

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

(2.37)

29

suu tam: [email protected] V× ta ®ang xem xÐt trong giíi h¹n 0≤ s ≤1 nªn gi¸ trÞ sth vµ Mth cña ®Æc tÝnh c¬ chØ øng víi dÊu (+).

ω

s

ω0 0 A ωth sth

0

1

K

B Mmm

M M th

H×nh 2.30 - §Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ K§B. Ta nhËn thÊy, ®−êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé lµ mét ®−êng cong phøc t¹p vµ cã 2 ®o¹n AK vµ KB, ph©n giíi bëi ®iÓm tíi h¹n K. §o¹n ®Æc tÝnh AK gÇn th¼ng vµ cøng. Trªn ®o¹n nµy, m«men ®éng c¬ t¨ng th× tèc ®é ®éng c¬ gi¶m. Do vËy, ®éng c¬ lµm viÖc trªn ®o¹n ®Æc tÝnh nµy sÏ æn ®Þnh. §o¹n KB cong víi ®é dèc d−¬ng. Trªn ®o¹n nµy, ®éng c¬ lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh.

2.5.3 ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè ®iÖn ®èi víi ®Æc tÝnh c¬ Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cho thÊy ®−êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu 3 pha K§B chÞu ¶nh h−ëng cña nhiÒu th«ng sè ®iÖn: §iÖn ¸p l−íi U1ph, ®iÖn trë m¹ch rotor R2', ®iÖn trë R1 vµ ®iÖn kh¸ng X1 ë m¹ch stator, tÇn sè l−íi f1, sè ®«i cùc p cña ®éng c¬. Khi c¸c th«ng sè nµy thay ®æi sÏ g©y ra biÕn ®éng c¸c ®¹i l−îng: 2πf1 - Tèc ®é ®ång bé: ω0 = (2.38) p - §é tr−ît giíi h¹n: sth =

- M«men tíi h¹n:

R2'

(2.39)

2 R12 + X nm

Mth =

3U12ph 2 2ω 0 ( R1 + R12 + X nm )

(2.40)

2.5.3.1 Tr−êng hîp thay ®æi ®iÖn trë R2' Tr−êng hîp nµy chØ cã ®èi víi ®éng c¬ rotor d©y quÊn v× m¹ch rotor cã thÓ nèi víi ®iÖn trë ngoµi qua hÖ vßng tr−ît - chæi than. §éng c¬ rotor lång sãc (hay rotor ng¾n m¹ch) kh«ng thÓ thay ®æi ®−îc ®iÖn trë m¹ch rotor. ViÖc thay ®æi ®iÖn trë m¹ch rotor chØ cã thÓ thùc hiÖn vÒ phÝa t¨ng ®iÖn trë R2'. Khi t¨ng R2' th× ®é tr−ît tíi h¹n sth còng t¨ng lªn, cßn tèc ®é ®ång bé ω0 vµ m«men tíi h¹n Mth gi÷ nguyªn. C¸c ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o khi thay ®æi ®iÖn trë m¹ch rotor ®−îc biÓu diÔn nh− h×nh vÏ. §iÖn trë m¹ch rotor cµng lín th× ®Æc tÝnh cµng dèc.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

30

suu tam: [email protected]

ω

s

~

ω0 0 A ωth

0

sth

M

1

R'2

M th

H×nh 2.31 - S¬ ®å nèi vµ hä ®Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ K§B khi thay ®æi ®iÖn trë m¹ch r«to. 2.5.3.2 Tr−êng hîp thay ®æi ®iÖn ¸p U1ph §iÖn ¸p U1ph ®Æt vµo Stator ®éng c¬ chØ cã thÓ thay ®æi vÒ phÝa gi¶m. Khi U1ph gi¶m th× m«men tíi h¹n Mth sÏ gi¶m rÊt nhanh theo b×nh ph−¬ng cña U1ph, cßn tèc ®é ®ång bé ω0 vµ ®é tr−ît tíi h¹n sth kh«ng thay ®æi. C¸c ®Æc tÝnh c¬ khi gi¶m ®iÖn ¸p nh− h×nh 2.27.

ω

s

ω0 0 A

ωth

K

sth U2 U1

0 1

U®m

M

B

Mmm

M th

H×nh 2.32 - Hä ®Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ K§B khi thay ®æi ®iÖn ¸p U1ph 2.5.3.3 Tr−êng hîp thay ®æi ®iÖn trë R1, ®iÖn kh¸ng X1 ë m¹ch Stator Tr−êng hîp nµy còng chØ thay ®æi vÒ phÝa t¨ng R1 hoÆc X1. S¬ ®å nèi d©y nh− h×nh 2.29.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

31

suu tam: [email protected]

~

~

X1

R1

R'2

H×nh 2.33 - S¬ ®å nèi ®éng c¬ K§B khi nèi thªm R1 hoÆc X1 vµo m¹ch stator Khi nèi thªm vµo m¹ch Stator R1 hoÆc X1 th× ta thÊy tèc ®é ®ång bé ω0 kh«ng ®æi, cßn ®é tr−ît tíi h¹n sth vµ m«men tíi h¹n Mth ®Òu gi¶m.

2.5.3.4 Tr−êng hîp thay ®æi sè ®«i cùc p Khi sè ®«i cùc thay ®æi th× tèc ®é ®ång bé ω0 bÞ thay ®æi. Th«ng th−êng, ®éng c¬ lo¹i nµy ®−îc chÕ t¹o víi cuén c¶m stator cã nhiÒu ®Çu d©y ra ®Ó cã thÓ ®æi c¸ch ®Êu d©y t−¬ng øng víi sè ®«i cùc nµo ®ã. Tuú theo kh¶ n¨ng ®æi nèi mµ ®éng c¬ K§B ®−îc gäi lµ ®éng c¬ cã 2,3,4... cÊp tèc ®é. Do sè ®«i cùc thay ®æi nhê ®æi nèi cuén c¶m stator nªn c¸c th«ng sè U1ph ®Æt vµo cuén pha, trë kh¸ng R1 vµ c¶m kh¸ng X1 cã thÓ bÞ thay ®æi. Tõ ®ã, ®é tr−ît tíi h¹n sth vµ m«men tíi h¹n Mth cã thÓ kh¸c ®i.

2.5.3.5 Tr−êng hîp thay ®æi tÇn sè f1 cña nguån ®iÖn ¸p cÊp Khi thay ®æi f1 th× tèc ®é ®ång bé ω0 sÏ thay ®æi, ®ång thêi X1, X2 còng bÞ thay ®æi (v× X = 2πfL), kÐo theo sù thay ®æi c¶ ®é tr−ît tíi h¹n sth vµ m«men tíi h¹n Mth. Quan hÖ ®é tr−ît tíi h¹n theo tÇn sè sth = f(f1) vµ m«men tíi h¹n theo tÇn sè Mth = F(f1) lµ phøc t¹p nh−ng v× ω0 vµ X1 phô thuéc tØ lÖ víi tÇn sè f1 nªn cã thÓ tõ c¸c biÓu thøc cña sth vµ Mth rót ra: s th ~

1 f1

Mth ~

(2.41)

1 f12

Khi tÇn sè nguån f1 gi¶m, ®é tr−ît tíi h¹n sth vµ m«men tíi h¹n Mth ®Òu t¨ng lªn nh−ng Mth t¨ng nhanh h¬n. Do vËy ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ t¨ng lªn. Chó ý khi gi¶m tÇn sè f1 xuèng d−íi tÇn sè ®Þnh møc th× tæng trë cña c¸c cuén d©y gi¶m nªn nÕu gi÷ nguyªn ®iÖn ¸p cÊp cho ®éng c¬ sÏ dÉn ®Õn dßng ®iÖn ®éng c¬ t¨ng m¹nh. V× thÕ khi gi¶m tÇn sè nguån xuèng d−íi trÞ sè ®Þnh møc cÇn ph¶i ®ång thêi gi¶m ®iÖn ¸p cÊp cho ®éng c¬ theo quan U1 = const (2.42) hÖ: f1

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

32

suu tam: [email protected] ω

ω0

TN

M

0

Mmm

H×nh 2.34 - §Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ KDBB khi thay ®æi tÇn sè kÕt hîp víi thay ®æi ®iÖn ¸p. Nh− vËy m«men tíi h¹n Mth sÏ gi÷ kh«ng ®æi ë vïng f1
ë vïng f1>f1®m th× kh«ng ®−îc t¨ng ®iÖn ¸p nguån cÊp mµ gi÷ U1 = const. M«men tíi h¹n Mth sÏ gi¶m tØ lÖ nghÞch víi b×nh ph−¬ng tÇn sè. 2.5.4 Më m¸y (khëi ®éng) ®éng c¬ ®iÖn K§B Khi ®ãng ®iÖn trùc tiÕp vµo ®éng c¬ K§B ®Ó më m¸y th× do lóc ®Çu rotor ch−a quay, ®é tr−ît lín (s=1) nªn s.®.® c¶m øng vµ dßng ®iÖn c¶m øng lín. Imm = (5÷8)I®m Dßng ®iÖn nµy cã trÞ sè ®Æc biÖt lín ë c¸c ®éng c¬ c«ng suÊt trung b×nh vµ lín, t¹o ra nhiÖt ®èt nãng ®éng c¬ vµ g©y xung lùc cã h¹i cho ®éng c¬.

ω ω0 ωA

A

MC Mmm

Mth

H×nh 2.35 - §Æc tÝnh ®éng c¬ K§B khi më m¸y trùc tiÕp. Tuy dßng ®iÖn lín nh−ng m«men më m¸y l¹i nhá: Mmm = (0,5÷1,5)M®m. Do vËy cÇn ph¶i cã biÖn ph¸p më m¸y. Tr−êng hîp ®éng c¬ cã c«ng suÊt nhá th× cã thÓ më m¸y trùc tiÕp. §éng c¬ më m¸y theo ®Æc tÝnh tù nhiªn víi m«men më m¸y nhá. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

33

suu tam: [email protected] Nh÷ng ®éng c¬ kh«ng më m¸y trùc tiÕp th× cã thÓ thùc hiÖn mét trong c¸c ph−¬ng ph¸p më m¸y gi¸n tiÕp sau.

2.5.4.1 Ph−¬ng ph¸p dïng ®iÖn trë më m¸y ë m¹ch rotor Ph−¬ng ph¸p nµy chØ dïng cho ®éng c¬ rotor d©y quÊn v× ®iÖn trë më m¸y ë m¹ch ngoµi m¾c nèi tiÕp víi cuén d©y rotor. H×nh 2.36 tr×nh bµy mét s¬ ®å më m¸y qua 3 cÊp ®iÖn trë phô R1, R2 vµ R3 ë c¶ 3 pha rotor. §©y lµ s¬ ®å më m¸y víi c¸c ®iÖn trë rotor ®èi xøng.

~

ω ω0

KB

A

TN f d

g e 3

K3

c

b

R3

1

K2

2

R2

a

K1

MC

R1

M2

M2

Mth

H×nh 2.36 - S¬ ®å më m¸y ®éng c¬ K§B qua 3 cÊp ®iÖn trë phô vµ ®Æc tÝnh c¬ t−¬ng øng. Lóc b¾t ®Çu më m¸y, c¸c tiÕp ®iÓm c«ng t¾c t¬ K1, K2, K3 ®Òu më, cuén d©y rotor ®−îc nèi víi c¶ 3 cÊp ®iÖn trë phô (R1+R2+R3) nªn ®−êng ®Æc tÝnh c¬ lµ ®−êng 1. Tíi ®iÓm b, tèc ®é ®éng c¬ ®¹t ωb vµ m«men gi¶m cßn M2, c¸c tiÕp ®iÓm K1 ®ãng l¹i, c¾t c¸c ®iÖn trë phô R1 ra khái m¹ch rotor. §éng c¬ ®−îc tiÕp tôc më m¸y víi ®iÖn trë phô (R2+R3) trong m¹ch rotor vµ chuyÓn sang lµm viÖc t¹i ®iÓm c trªn ®Æc tÝnh 2 Ýt dèc h¬n. M«men t¨ng tõ M2 lªn M1 vµ tèc ®é ®éng c¬ l¹i tiÕp tôc t¨ng. §éng c¬ lµm viÖc trªn ®−êng ®Æc tÝnh 2 tõ c ®Õn d. Lóc nµy, c¸c tiÕp ®iÓm K2 ®ãng l¹i, nèi t¾t c¸c ®iÖn trë R2. §éng c¬ chuyÓn sang më m¸y víi ®iÖn trë R3 trong m¹ch rotor trªn ®Æc tÝnh 3 t¹i ®iÓm e vµ tiÕp tôc t¨ng tèc tíi ®iÓm f. Lóc nµy c¸c tiÕp ®iÓm K3 ®ãng l¹i, ®iÖn trë R3 trong m¹ch rotor bÞ lo¹i. §éng c¬ chuyÓn sang lµm viÖc trªn ®Æc tÝnh tù nhiªn t¹i g vµ t¨ng tèc ®Õn ®iÓm lµm viÖc A øng víi m«men c¶n MC. Qu¸ tr×nh më m¸y kÕt thóc. §Ó ®¶m b¶o qu¸ tr×nh më m¸y nh− ®· xÐt sao cho c¸c ®iÓm chuyÓn ®Æc tÝnh øng víi cïng mét m«men M2, M1 th× c¸c ®iÖn trë phô tham gia vµo m¹ch rotor lóc më m¸y ph¶i ®−îc tÝnh chän cÈn thËn theo ph−¬ng ph¸p riªng. Ngoµi s¬ ®å më m¸y víi ®iÖn trë ®èi xøng ë m¹ch rotor, trong thùc tÕ cßn dïng s¬ ®å më m¸y víi ®iÖn trë kh«ng ®èi xøng ë m¹ch rotor, nghÜa lµ ®iÖn trë më m¸y ®−îc c¾t gi¶m kh«ng ®Òu trong c¸c pha rotor khi më m¸y.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

34

suu tam: [email protected] 2.5.4.2 Ph−¬ng ph¸p më m¸y víi ®iÖn trë hoÆc ®iÖn kh¸ng nèi tiÕp trong m¹ch stator. Ph−¬ng ph¸p nµy dïng ®iÖn trë hoÆc ®iÖn kh¸ng m¾c nèi tiÕp víi m¹ch stator lóc më m¸y vµ cã thÓ ¸p dông cho c¶ ®éng c¬ rotor lång sãc lÉn rotor d©y quÊn. Do cã ®iÖn trë hoÆc ®iÖn kh¸ng nèi tiÕp nªn dßng më m¸y cña ®éng c¬ gi¶m ®i, n»m trong gi¸ trÞ cho phÐp. M«men më m¸y cña ®éng c¬ còng gi¶m. Thêi ®iÓm ban ®Çu cña qu¸ tr×nh më m¸y, c¸c tiÕp ®iÓm K2 ®ãng l¹i (c¸c tiÕp ®iÓm K1 më) ®Ó ®iÖn trë (h×nh a) hoÆc ®iÖn kh¸ng (h×nh b) tham gia vµo m¹ch stator nh»m h¹n chÕ dßng ®iÖn më m¸y. Khi tèc ®é ®éng c¬ ®· t¨ng ®Õn mét møc nµo ®ã (tuú hÖ truyÒn ®éng) th× c¸c tiÕp ®iÓm K1 ®ãng l¹i, K2 më ra ®Ó lo¹i ®iÖn trë hoÆc ®iÖn kh¸ng ra khái m¹ch stator. §éng c¬ t¨ng tèc ®Õn tèc ®é lµm viÖc. Qu¸ tr×nh më m¸y kÕt thóc.

~3 K1 K2

K1 K2

R1

a

~3 K1 K2

§

K1 K2

K1 K2

K1 K2

X1

X1

X1

ω0

A

R1

R1

b

ω

c

a

b

c

§ MC Mmm

H×nh 2.37 - S¬ ®å më m¸y dïng R1 vµ X1 ë m¹ch stator vµ d¹ng ®Æc tÝnh c¬ khi më m¸y S¬ ®å h×nh 2.37 ë trªn lµ më m¸y víi 1 cÊp ®iÖn trë hoÆc ®iÖn kh¸ng ë m¹ch stator. Cã thÓ më m¸y víi nhiÒu cÊp ®iÖn trë hoÆc ®iÖn kh¸ng khi c«ng suÊt ®éng c¬ lín.

2.5.4.3 Ph−¬ng ph¸p më m¸y dïng m¸y biÕn ¸p tù ngÉu Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc sö dông ®Ó ®Æt mét ®iÖn ¸p thÊp cho ®éng c¬ khi më m¸y. Do vËy, dßng ®iÖn cña ®éng c¬ khi më m¸y gi¶m ®i. C¸c tiÕp ®iÓm K' ®ãng, K më lóc më m¸y. Khi K' më, K ®ãng th× qu¸ tr×nh më m¸y kÕt thóc. Ph−¬ng ph¸p më m¸y dïng cuén kh¸ng X vµ m¸y biÕn ¸p tù ngÉu thÝch hîp cho viÖc më m¸y c¸c ®éng c¬ cao ¸p.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

35

suu tam: [email protected] ~3 CD K' K

K

a

b

K

BATN K'

c

§

H×nh 2.38 - S¬ ®å më m¸y ®éng c¬ K§B dïng MBA tù ngÉu. 2.5.4.4 Ph−¬ng ph¸p ®æi nèi Υ - ∆ khi më m¸y §éng c¬ K§B lµm viÖc b×nh th−êng ë s¬ ®å m¾c ∆ c¸c cuén stator th× khi më m¸y cã thÓ m¾c theo s¬ ®å Y. Thùc chÊt cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ gi¶m ®iÖn ¸p ®Æt vµo cuén d©y stator khi ®æi nèi v× Uph = Ud khi m¾c ∆, cßn khi m¾c Y th× ®iÖn ¸p gi¶m Uph =

3 lÇn: Ud 3

2.5.5 §¶o chiÒu quay ®éng c¬ ®iÖn K§B §Ó ®¶o chiÒu quay cña ®éng c¬ K§B, cÇn ®¶o chiÒu quay cña tõ tr−êng quay do stator t¹o ra. Muèn vËy, chØ cÇn ®¶o chiÒu hai pha bÊt kú trong 3 pha nguån cÊp cho stator. §Æc tÝnh c¬ khi ®¶o chiÒu quay n»m ë gãc phÇn t− thø III. ω ω

CDA CDB

a

b

c −ω

H×nh 2.39 - S¬ ®å ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ K§B vµ ®Æc tÝnh c¬ khi ®¶o chiÒu quay.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

36

suu tam: [email protected] 2.6 C¸c tr¹ng th¸i h·m cña ®éng c¬ ®iÖn K§B 2.6.1 H·m t¸i sinh §Æc tÝnh h·m t¸i sinh cña ®éng c¬ K§B nh− h×nh vÏ. §éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu K§B ë chÕ ®é h·m t¸i sinh khi tèc ®é ®éng c¬ v−ît qu¸ tèc ®é ®ång bé ω0. Khi h·m t¸i sinh th× ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t.

ω

s

sthF

K'

ω s=0

ω <ω §

N

ω >ω F

sth§

K

s=1 MthF

Mth§

H×nh 2.40 - §Æc tÝnh c¬ h·m t¸i sinh ®éng c¬ K§B. Tõ c«ng thøc (2.36) vµ (2.37), lo¹i trõ tr−êng hîp dÊu (+) ®èi víi chÕ ®é ®éng c¬ ta cã ë chÕ ®é m¸y ph¸t: s th = −

M th =

R2' 2 R12 + X nm

3U 12ph 2 2ω 0 ( R1 − R12 + X nm )

(2.43)

(2.44)

Qua ®ã ta thÊy ë chÕ ®é m¸y ph¸t, ®é tr−ît tíi h¹n sthF ®æi dÊu so víi ®éng c¬, cßn m«men tíi h¹n cã trÞ sè lín h¬n trÞ sè m«men tíi h¹n ë chÕ ®é ®éng c¬. ChÕ ®é h·m t¸i sinh cña ®éng c¬ K§B ®−îc thiÕt kÕ trªn ®o¹n NK', gãc phÇn t− thø II.

2.6.2 H·m ng−îc a) H·m ng−îc nhê ®−a ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng §éng c¬ K§B r«to d©y quÊn truyÒn ®éng cho c¬ cÊu n©ng-h¹ cña mét cña mét cÇu trôc, ®ang lµm viÖc n©ng t¶i t¹i ®iÓm A trªn ®Æc tÝnh c¬ 1 ë gãc phÇn t− thø I víi m«men c¶n MC vµ tèc ®é quay n©ng ωA (c¸c tiÕp ®iÓm K ®ãng). §Ó dõng vµ h¹ vËt xuèng, ta ®−a ®iÖn trë RP ®ñ lín vµo m¹ch phÇn øng (c¸c tiÕp ®iÓm K më ra), ®éng c¬ chuyÓn sang lµm viÖc t¹i ®iÓm B trªn ®Æc tÝnh cã ®iÖn trë 2 cïng víi tèc ®é ωA. M«men cña ®éng c¬ gi¶m xuèng (MB < MC) nªn tèc ®é ®éng c¬ gi¶m. Lóc nµy vËt P vÉn ®−îc n©ng lªn nh−ng víi tèc ®é n©ng nhá dÇn. Tíi ®iÓm D th× ω = 0 vµ vËt dõng l¹i nh−ng v× m«men ®éng c¬ nhá h¬n m«men c¶n (MD < MC) nªn vËt b¾t ®Çu tôt xuèng. §éng c¬ ®¶o chiÒu quay (ω < 0). §éng c¬ b¾t ®Çu lµm viÖc ë tr¹ng th¸i h·m ng−îc (tèc ®é ©m ®i xuèng, m«men d−¬ng cã xu h−íng kÐo vËt P ®i lªn). GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

37

suu tam: [email protected] ω ω0

MC

A

ωA B

1

ωA

M§

P

~ D

MC

MB

Mth

M MC

KB

E

ωE

ωA

2

K

K

M§

P

Rp

H×nh 2.41 - H·m ng−îc ®éng c¬ K§B nhê ®−a ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng. §Æc tÝnh h·m ng−îc n»m ë gãc phÇn t− thø IV. §iÓm lµm viÖc h·m cña ®éng c¬ chuyÓn theo ®Æc tÝnh h·m tõ D ®Õn E. T¹i ®©y M§ = ME = MC, ®éng c¬ quay ®Òu, h·m gh×m vËt ®Ó h¹ vËt xuèng ®Òu víi tèc ®é ωE. b) H·m ng−îc nhê ®¶o chiÒu quay MC

B

B'

MC M§

ω

A

2

3

D'

MC

D

E

MC

§

§

~

M§

1

ω

F

ω ω0

ω

MC

ωE

KB Mth

M

M§

K

E'

K

Rp

H×nh 2.42 - H·m ng−îc ®éng c¬ K§B nhê ®¶o chiÒu quay.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

38

suu tam: [email protected] §éng c¬ ®iÖn K§B r«to d©y quÊn ®ang lµm viÖc víi t¶i cã m«men c¶n ph¶n kh¸ng t¹i ®iÓm A trªn ®−êng ®Æc tÝnh c¬ 1, s¬ ®å nèi d©y nh− h×nh vÏ. §Ó h·m m¸y, ta ®æi thø tù hai pha bÊt kú trong 3 pha cÊp cho stato ®Ó ®¶o chiÒu quay ®éng c¬. §éng c¬ chuyÓn ®iÓm lµm viÖc tõ A trªn ®Æc tÝnh 1 sang ®iÓm B' trªn ®Æc tÝnh 2. Do qu¸n tÝnh cña hÖ c¬, ®éng c¬ coi nh− gi÷ nguyªn tèc ®é ωA khi chuyÓn ®Æc tÝnh. Qu¸ tr×nh h·m ng−îc b¾t ®Çu. Khi tèc ®é ®éng c¬ gi¶m theo ®Æc tÝnh h·m 2 tíi ®iÓm D' th× ω = 0. Lóc nµy, nÕu c¾t ®iÖn th× ®éng c¬ sÏ dõng. §o¹n h·m ng−îc lµ B'D'. NÔu kh«ng c¾t ®iÖn th× nh− tr−êng hîp ë h×nh 2.82a, ®éng c¬ cã MD' > MC nªn ®éng c¬ b¾t ®Çu t¨ng tèc, më m¸y ch¹y ng−îc theo ®Æc tÝnh c¬ 2 vµ lµm viÖc æn ®Þnh t¹i ®iÓm E' víi tèc ®é ωE' theo chiÒu ng−îc. Khi ®éng c¬ h·m ng−îc theo ®Æc tÝnh 2, ®iÓm B' cã m«men nhá nªn t¸c dông h·m kh«ng hiÖu qu¶. Thùc tÕ ph¶i t¨ng c−êng m«men h·m ban ®Çu (Mh·m ≈ 2,5M®m) nhê võa ®¶o chiÒu tõ tr−êng quay cña stato, võa ®−a thªm ®iÖn trë phô ®ñ lín vµo m¹ch r«to. §éng c¬ sÏ h·m ng−îc theo ®Æc tÝnh 3 (®o¹n BD). Tíi D mµ c¾t ®iÖn th× ®éng c¬ sÏ dõng. NÕu kh«ng c¾t ®iÖn, ®éng c¬ sÏ t¨ng tèc theo chiÒu ng−îc l¹i vµ lµm viÖc t¹i ®iÓm E víi tèc ®é ωE < ωE'. NÕu lóc nµy l¹i c¾t ®iÖn trë phô RP th× ®éng c¬ sÏ chuyÓn sang lµm viÖc trªn ®Æc tÝnh 2 t¹i ®iÓm F vµ t¨ng tèc tíi ®iÓm E'.

2.6.3 H·m ®éng n¨ng §Ó h·m ®éng n¨ng mét ®éng c¬ ®iÖn K§B ®ang lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬, ta ph¶i c¾t stator ra khái l−íi ®iÖn xoay chiÒu (më c¸c tiÕp ®iÓm K ë m¹ch lùc) råi cÊp vµo stator dßng ®iÖn mét chiÒu ®Ó kÝch tõ (®ãng c¸c tiÕp ®iÓm H). Thay ®æi dßng ®iÖn kÝch tõ nhê biÕn trë Rkt.

~3

K

K

K

Rkt

+

H

a

b

c

-

H

§

H×nh 2.43 - S¬ ®å nèi d©y h·m ®éng n¨ng ®éng c¬ K§B. V× cuén d©y stato cña ®éng c¬ lµ 3 pha nªn khi cÊp kÝch tõ mét chiÒu ph¶i tiÕn hµnh ®æi nèi vµ cã thÓ thùc hiÖn theo mét trong c¸c s¬ ®å sau. +

+

-

-

+

+

+

-

-

-

H×nh 2.44 - C¸c c¸ch cÊp kÝch tõ mét chiÒu cho cuén stator 3 pha khi h·m ®éng n¨ng ®éng c¬ K§B. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

39

suu tam: [email protected] Do ®éng n¨ng tÝch lòy, r«to tiÕp tôc quay theo chiÒu cò trong tõ tr−êng mét chiÒu võa ®−îc t¹o ra. Trong cuén d©y phÇn øng xuÊt hiÖn mét dßng ®iÖn c¶m øng. Lùc tõ tr−êng t¸c dông vµo dßng c¶m øng trong cuén d©y phÇn øng sÏ t¹o ra m«men h·m vµ r«to quay chËm dÇn. §éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu khi h·m ®éng n¨ng sÏ lµm viÖc nh− mét m¸y ph¸t ®iÖn cã tèc ®é (do ®ã tÇn sè) gi¶m dÇn. §éng n¨ng qua ®éng c¬ sÏ biÕn ®æi thµnh ®iÖn n¨ng tiªu thô trªn ®iÖn trë ë m¹ch r«to. NÕu tr−íc khi h·m, ®éng c¬ lµm viÖc t¹i ®iÓm A trªn ®Æc tÝnh c¬ 1 th× khi h·m ®éng n¨ng, ®éng c¬ chuyÓn sang lµm viÖc t¹i ®iÓm B trªn ®Æc tÝnh h·m ®éng n¨ng 2 ë gãc phÇn t− thø II. §Æc tÝnh h·m ®éng n¨ng cña ®éng c¬ xoay chiÒu 3 pha K§B cã d¹ng nh− h×nh ... Tèc ®é ®éng c¬ gi¶m dÇn theo ®Æc tÝnh vÒ O trªn ®o¹n ®Æc tÝnh h·m ®éng n¨ng BO. T¹i ®iÓm O, ®éng c¬ sÏ dõng nÕu t¶i lµ ph¶n kh¸ng. NÕu t¶i cã tÝnh chÊt thÕ n¨ng th× t¶i sÏ kÐo ®éng c¬ quay ng−îc cho ®Õn khi æn ®Þnh t¹i ®iÓm D (gãc phÇn t− thø IV). B

F

ω ω0

§ A

ωA

1

MC

ωD

M

D

F

H×nh 2.45 - §Æc tÝnh c¬ h·m ®éng n¨ng kÝch tõ ®éc lËp ®éng c¬ K§B. §iÖn trë m¹ch r«to vµ dßng kÝch tõ cÊp cho stato lóc h·m ®éng n¨ng cã ¶nh h−ëng tíi d¹ng ®Æc tÝnh c¬ khi h·m. Trªn h×nh vÏ 2.43, c¸c ®Æc tÝnh h·m 1 vµ 2 øng víi cïng mét dßng kÝch tõ nh− nhau (Ikt1 = Ikt2) nh−ng ®iÖn trë h·m trong m¹ch r«to kh¸c nhau (Rh1 < Rh2). ~3

ω 2

4

K

K

K

1

Rkt H

a

3

b

H

c

+ -

§

H

M H×nh 2.46-Hä c¸c ®Æc tÝnh c¬ khi h·m ®éng n¨ng kÝch tõ ®éc lËp ®éng c¬ K§B. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

H

Rh

H×nh 2.47-S¬ ®å nèi d©y h·m ®éng n¨ng kÝch tõ ®éc lËp ®éng c¬ K§B.

40

suu tam: [email protected]

BÀI TẬP Bài 1: Cho ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập có các số liệu kỹ thuật sau: Pñm = 2,2 kW; Uñm = 110V; Iñm = 25,6A; nñm = 1430 vg/phút; Rư = 0,47Ω; a) Hãy vẽ ñặc tính cơ tự nhiên của ñộng cơ. b) Hãy vẽ ñặc tính cơ nhân tạo khi có ñiện trở phụ mắc trong mạch phần ứng là Rưf = 0,78Ω; Bài 2: Cho ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập có các số liệu kỹ thuật sau: Pñm = 16 kW; Uñm = 220V; Iñm = 70A; nñm = 1000 vg/phút; Rư = 0,28Ω; Xác ñịnh tốc ñộ quay của ñộng cơ khi mômen trên trục ñộng cơ bằng 0,6.Mñm và Rưf = 0,52Ω; Bài 3: Tìm trị số các cấp ñiện trở mở máy của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập có các thông số kỹ thuật sau: Pñm = 13,5 kW; Uñm = 110V; Iñm = 145A; nñm = 1050 vg/phút; Biết rằng khi mở máy cần khống chế mômen mở máy bằng M1 = 200%Mñm, mở máy với 3 cấp ñiện trở. Bài 4: Hãy xác ñịnh chỉ số ñiện trở phụ cần thiết ñóng vào phần ứng ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập khi hãm ñộng năng kích từ ñộc lập với dòng ñiện hãm ban ñầu bằng 2.Iñm. Biết rằng trước khi hãm ñộng cơ làm việc với phụ tải ñịnh mức. Các số liệu kỹ thuật của ñộng cơ: Pñm = 46,5kW; Uñm = 220V; Iñm = 238A; nñm = 1500 vg/phút; Bài 5: Cho ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập có các số liệu kỹ thuật sau: Pñm = 34 kW; Uñm = 220V; Iñm = 178A; nñm = 1580 vg/phút; Rư = 0,042Ω. ðộng cơ ñang làm việc trên ñặc tính cơ tự nhiên với mômen cản trên trục Mc = Mñm, ñể dừng máy người ta chuyển sang chế ñộ hãm ngược bằng cách ñảo chiều ñiện áp. Hãy xác ñịnh trị số mômen ñiện từ của ñộng cơ sinh ra ở ñầu và cuối quá trình hãm? Nếu trong mạch phần ứng mắc thêm ñiện trở phụ Rưf = 1,25Ω. Bài 6: Xác ñịnh tốc ñộ quay và dòng ñiện phần ứng của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập có các số liệu kỹ thuật sau: Pñm = 4,2 kW; Uñm = 220V; Iñm = 22,6A; nñm = 1500 vg/phút; Rư = 0,841Ω nếu mômen cản trên trục bằng ñịnh mức và từ thông kích từ của ñộng cơ bằng 0,5φñm. Các thông số kỹ thuật của ñộng cơ: Pñm = 29kW; Uñm = 440V; Iñm = 79A; nñm = 1000 vg/phút; Rư = 0,278Ω.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

41

suu tam: [email protected]

Bài 9: Xác ñịnh trị số ban ñầu của dòng ñiện phần ứng khi cẳt phần ứng của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập ra khỏi lưới ñiện và ñóng kín vào một ñiện trở 6Ω. Trước khi cắt ñộng cơ làm việc với mômen M = 34,4Nm và từ thông là ñịnh mức. Cho các số liệu kỹ thuật của ñộng cơ: Pñm = 6,5kW; Uñm = 220V; Iñm = 34,4A; nñm = 1500 vg/phút; Rư = 0,14Ω.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện.

42

suu tam: [email protected]

CH¦¥NG 3

§IÒU CHØNH TèC §é TRUYÒN §éNG §IÖN

3.1 ðặt vấn ñề ðiều chỉnh tốc ñộ là một trong những nội dung chính của truyền ñộng ñiện tự ñộng nhằm ñáp ứng yêu cầu công nghệ của máy sản xuất. ðiều chỉnh tốc ñộ truyền ñộng ñiện là dùng những phương pháp thuần túy ñiện, tác ñộng lên bản thân hệ thống truyền ñộng ñiện (nguồn và ñộng cơ ñiện) ñể thay ñổi tốc ñộ quay của trục ñộng cơ ñiện. Tốc ñộ làm việc của truyền ñộng ñiện do công nghệ yêu cầu và ñược gọi là tốc ñộ ñặt, hay tốc ñộ mong muốn. Trong quá trình làm việc, tốc ñộ của ñộng cơ thường bị thay ñổi do sự biến thiên của tải, của nguồn và do ñó gây ra sai lệch tốc ñộ thực so với tốc ñộ ñặt. Trong các hệ truyền ñộng ñiện tự ñộng thường dùng các phương pháp khác nhau ñể ổn ñịnh tốc ñộ ñộng cơ, ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñể có ñược tốc ñộ mong muốn. ðiều chỉnh tốc ñộ một ñộng cơ ñiện khác với việc tự thay ñổi tốc ñộ của ñộng cơ ñó. Ví dụ: Một ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập ñang làm việc tại ñiểm làm việc A trên ñặc tính cơ 1 ứng với mômen cản MA. ðặc tính cơ 1 ứng với ñiện áp ñặt vào ñộng cơ là U1. Vì một lý do nào ñó, mômen cản tăng lên (MT>MA) làm ñộng cơ bị giảm tốc ñộ. ðiểm làm việc sẽ dịch chuyển theo ñoạn AT về phía tốc ñộ giảm. Nhưng tốc ñộ càng giảm thì dòng ñiện phần ứng Iư càng tăng và mômen càng tăng. Tới ñiểm T thì mômen ñộng cơ sinh ra bằng mômen cản (Mð=MT). ðộng cơ sẽ làm việc ổn ñịnh tại ñiểm T với tốc ñộ thấp hơn (ωT<ωA) và dòng phần ứng lớn hơn, ñộng cơ nóng hơn. ðây là hiện tượng tự thay ñổi tốc ñộ của ñộng cơ ñiện, ñiểm làm việc của ñộng cơ dịch chuyển trên cùng một ñường ñặc tính cơ.

ω ω0 ω'0 ωD

A

B

T

D

MB

MA

1

U1

2

U2

MT

M

Hình 3.1 - Sự thay ñổi tốc ñộ ñộng cơ khi tải thay ñổi và sự ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ứng với cùng một mômen tải Ở ví dụ trên, nếu mômen cản vẫn giữ nguyên giá trị MA, ñộng cơ ñang làm việc ổn ñịnh tại ñiểm A trên ñặc tính cơ 1, ta giảm ñiện áp phần ứng từ U1 xuống U2 (ñặc tính cơ tương ứng là 2). Do quán tính cơ, ñộng cơ chuyển ñiểm làm việc từ ñiểm A trên ñường 1 sang ñiểm B trên ñường 2 với cùng một tốc ñộ ωA. Mômen của ñộng cơ tại ñiểm B nhỏ hơn mômen cản A (MB<MA) nên ñộng cơ bị giảm tốc ñộ. ðiểm làm việc trượt xuống theo ñường ñặc tính cơ 2. Tốc ñộ ñộng cơ càng giảm thì dòng ñiện phần ứng càng tăng. Tới ñiểm D thì mômen ñộng cơ cân bằng với mômen cản MA (MB=MA). ðộng cơ sẽ làm việc ổn ñịnh tại ñiểm D với tốc ñộ thấp hơn (ωD<ωA).

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

43

suu tam: [email protected] ðây không phải là hiện tượng tự thay ñổi tốc ñộ do mômen cản tăng lên mà là sự ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ (ñiều chỉnh giảm) trong khi mômen cản vẫn giữ nguyên. ðiểm làm việc chuyển từ ñặc tính cơ này sang ñặc tính cơ khác do thay ñổi thông số của mạch ñiện ñộng cơ. Có rất nhiều phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ. Tuỳ theo máy sản xuất, ta chọn một phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ cho phù hợp, ñảm bảo quá trình sản xuất ñược thuận lợi, nâng cao chất lượng và năng suất. 3.2 Các chỉ tiêu ñánh giá ñiều chỉnh tốc ñộ Chất lượng của một phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñược ñánh giá qua một số các chỉ tiêu sau ñây. 3.2.1 Dải ñiều chỉnh tốc ñộ Dải ñiều chỉnh tốc ñộ (hay phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ) là tỉ số giữa các giá trị tốc ñộ làm việc lớn nhất và nhỏ nhất của hệ Tðð ứng với một mômen tải ñã cho: D=

ωmax ωmin

Dải ñiều chỉnh tốc ñộ của một hệ Tðð càng lớn càng tốt. Mỗi một máy sản xuất yêu cầu một dải ñiều chỉnh nhất ñịnh và mỗi một phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ chỉ ñạt ñược một dải ñiều chỉnh nào ñó. 3.2.2 ðộ trơn ñiều chỉnh ðộ trơn ñiều chỉnh tốc ñộ khi ñiều chỉnh ñược biểu thị bởi tỷ số giữa 2 giá trị tốc ñộ của 2 cấp kế tiếp nhau trong dải ñiều chỉnh: γ= Trong ñó:

ω i +1 ωi

ωi - Tốc ñộ ổn ñịnh ở cấp i. ωi+1 - Tốc ñộ ổn ñịnh ở cấp i+1.

Trong một dải ñiều chỉnh tốc ñộ, số cấp tốc ñộ càng lớn thì sự chênh lệch tốc ñộ giữa 2 cấp kế tiếp nhau càng ít do ñó ñộ trơn càng tốt. Khi số cấp tốc ñộ rất lớn (k→∞) thì ñộ trơn ñiều chỉnh γ → 1. Trường hợp này hệ ñiều chỉnh gọi là hệ ñiều chỉnh vô cấp và có thể có mọi giá trị tốc ñộ trong toàn bộ dải ñiều chỉnh. 3.2.3 ðộ ổn ñịnh tốc ñộ (ñộ cứng của ñặc tính cơ) ðể ñánh giá và so sánh các ñặc tính cơ, người ta ñưa ra khái niệm ñộ cứng ñặc tính cơ β và ñược tính:

β=

∆M ∆ω

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

44

suu tam: [email protected]

ω β1

∆ω2 ∆ω1

β2

∆M

M

Hình 3.2 - ðộ cứng của ñặc tính cơ Nếu |β| bé thì ñặc tính cơ là mềm (|β| < 10). Nếu |β| lớn thì ñặc tính cơ là cứng (|β| = 10 ÷ 100). Khi |β| = ∝ thì ñặc tính cơ là nằm ngang và tuyệt ñối cứng. ðặc tính cơ có ñộ cứng β càng lớn thì tốc ñộ càng ít bị thay ñổi khi mômen thay ñổi. Ở trên hình 3.2, ñường ñặc tính cơ 1 cứng hơn ñường ñặc tính cơ 2 nên với cùng một biến ñộng ∆M thì ñặc tính cơ 1 có ñộ thay ñổi tốc ñộ ∆ω1 nhỏ hơn ñộ thay ñổi tốc ñộ ∆ω2 cho bởi ñặc tính cơ 2. Nói cách khác, ñặc tính cơ càng cứng thì sự thay ñổi tốc ñộ càng ít khi phụ tải thay ñổi nhiều. Do ñó sai lệch tốc ñộ càng nhỏ và hệ làm việc càng ổn ñịnh, phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ sẽ rộng hơn. 3.2.4 Tính kinh tế Hệ ñiều chỉnh có tính kinh tế khi vốn ñầu tư nhỏ, tổn hao năng lượng ít, phí tổn vận hành không nhiều. Các phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ qua mạch phần ứng luôn có tổn hao năng lượng lớn hơn ñiều chỉnh tốc ñộ qua mạch kích từ. 3.2.5 Sự phù hợp giữa ñặc tính ñiều chỉnh và ñặc tính tải Khi chọn hệ ñiều chỉnh tốc ñộ với phương pháp ñiều chỉnh nào ñó cho một máy sản xuất cần lưu ý sao cho các ñặc tính ñiều chỉnh bám sát yêu cầu ñặc tính của tải máy sản xuất. Như vậy hệ làm việc sẽ ñảm bảo ñược các yêu cầu chất lượng, ñộ ổn ñịnh... Ngoài các chỉ tiêu trên, tuỳ trường hợp cụ thể mà ta có thể có những ñòi hỏi khác buộc hệ ñiều chỉnh tốc ñộ cần phải ñáp ứng. 3.3 ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập (song song) Khi xem xét phương trình ñặc tính cơ của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập, ta ñã biết quan hệ ω=f(M) phụ thuộc các thông số ñiện U, φ, RưΣ. Sự thay ñổi các thông số này sẽ cho những họ ñặc tính cơ khác nhau. Vì vậy, với cùng một mômen tải nào ñó, tốc ñộ ñộng cơ sẽ khác nhau ở các ñặc tính cơ khác nhau. Như vậy, ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập (hay kích từ song song) có thể ñược ñiều chỉnh tốc ñộ bằng các phương pháp sau ñây:

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

45

suu tam: [email protected] 3.3.1 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện trở ở mạch phần ứng Sơ ñồ nguyên lý nối dây như hình 3.6. Khi tăng ñiện trở phần ứng, ñặc tính cơ dốc hơn nhưng vẫn giữ nguyên tốc ñộ không tải lý tưởng. Họ ñặc tính cơ khi thay ñổi ñiện trở mạch phần ứng như hình 3.6. ðặc ñiểm của phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện trở ở mạch phần ứng: - ðiện trở mạch phần ứng càng tăng, ñộ dốc ñặc tính cơ càng lớn, ñặc tính cơ càng mềm và ñộ ổn ñịnh tốc ñộ càng kém, sai số tốc ñộ càng lớn. - Phương pháp chỉ cho phép ñiều chỉnh thay ñổi tốc ñộ về phía giảm (do chỉ có thể tăng thêm ñiện trở). - Vì ñiều chỉnh tốc ñộ nhờ thêm ñiện trở vào mạch phần ứng cho nên tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên ñiện trở càng lớn. - Dải ñiều chỉnh phụ thuộc vào trị số mômen tải. Tải càng nhỏ (M1) thì dải ñiều chỉnh D1=

ωmax càng nhỏ. Nói chung, phương pháp này cho dải ñiều chỉnh: D ≈ 5:1 ωmin ω

+

-

ωo

ω1max TN

Ikt

Iu

R p =0

CKT

nt1

ω1min

§ E

Rp o

M1

nt2

R p1

nt3

R p2

nt4

R p3

Mc

M

Hình 3.6 - ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập bằng phương pháp thay ñổi ñiện trở phần ứng. - Về nguyên tắc, phương pháp này cho ñiều chỉnh trơn nhờ thay ñổi ñiện trở nhưng vì dòng rotor lớn nên việc chuyển ñổi ñiện trở sẽ khó khăn. Thực tế thường sử dụng chuyển ñổi theo từng cấp ñiện trở. 3.3.2 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện áp phần ứng Sơ ñồ nguyên lý ñược biểu diễn như trên hình 3.3. Từ thông ñộng cơ ñược giữ không ñổi. ðiện áp phần ứng ñược cấp từ một bộ biến ñổi. ðể ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ ñiện một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát ñiện một chiều kích từ ñộc lập, các bộ chỉnh lưu có ñiều khiển .v.v.. Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng ñiện xoay chiều thành một chiều có sức ñiện ñộng Eb ñiều chỉnh ñược nhờ tín hiệu ñiều khiển Uñk. Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với ñộng cơ nên các bộ biến ñổi này có ñiện trở trong Rb và ñiện cảm Lb khác không. Ở chế ñộ xác lập có thể viết phương trình ñặc tính của hệ thống như sau: Eb - Eư = Iư(Rb + Rưñ) GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

46

suu tam: [email protected]

ω=

Eb R + R−d I− − b Kφ dm K.φ dm

ω = ωo(Uñk) -

M β

Trong suốt quá trình ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng thì từ thông kích từ của ñộng cơ ñược giữ nguyên bằng giá trị ñịnh mức, do ñó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không ñổi: Mc.cp = Kφñm.Iñm = Mñm Vì từ thông của ñộng cơ ñược giữ không ñổi nên ñộ cứng của ñặc tính cơ cũng không ñổi, còn tốc ñộ không tải lý tưởng thì phụ thuộc vào giá trị ñiện áp ñiều khiển Uñk của hệ thống. Khi thay ñổi ñiện áp cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có các họ ñặc tính cơ ứng với các tốc ñộ không tải khác nhau, song song và có cùng ñộ cứng. ðiện áp U chỉ có thể thay ñổi về phía giảm (U
~ Rb

u®k

BB§

§

I

Rø®

u

E (u®k)

Eø

Hình 3.3 - ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập bằng phương pháp thay ñổi ñiện áp phần ứng.

ω ω0 ωmax

TN

U ®m U1 U2

ω0.min ωmin o

M®m

M

ðể xác ñịnh dải ñiều chỉnh tốc ñộ khi ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ ta ñể ý rằng tốc ñộ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi ñặc tính cơ cơ bản, là ñặc tính ứng với ñiện áp phần ứng ñịnh mức và từ thông cũng ñược giữ ở giá trị ñịnh mức. Tốc ñộ nhỏ nhất của dải ñiều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc ñộ và về mômen khởi ñộng.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

47

suu tam: [email protected] Giả sử ñộng cơ ñang làm việc tại ñiểm A trên ñặc tính cơ 1 ứng với ñiện áp U1 trên phần ứng. Khi giảm ñiện áp từ U1 xuống U2, ñộng cơ thay ñổi ñiểm làm việc từ ñiểm A có tốc ñộ lớn ωA trên ñường 1 xuống ñiểm D có tốc ñộ nhỏ hơn (ωD<ωA) trên ñường 2 (ứng với ñiện áp U2).

ω E

ω01 ω02

A

B

C

TN

D

U ®m U1

F

U2 H G I

U4 U5

o

MC

M

Hình 3.4 - Quá trình thay ñổi tốc ñộ khi ñiều chỉnh ñiện áp Trong khi giảm tốc ñộ theo cách giảm ñiện áp phần ứng, nếu giảm mạnh ñiện áp, nghĩa là chuyển nhanh từ tốc ñộ cao xuống tốc ñộ thấp thì cùng với quá trình giảm tốc có thể xảy ra quá trình hãm tái sinh. Chẳng hạn, cũng trên hình 3.4, ñộng cơ ñang làm việc tại ñiểm A với tốc ñộ lớn ωA trên ñặc tính cơ 1 ứng với ñiện áp U1. Ta giảm mạnh ñiện áp phần ứng từ U1 xuống U3. Lúc này ñộng cơ chuyển ñiểm làm việc từ ñiểm A trên ñường 1 sang ñiểm E trên ñường 3 (chuyển ngang với ωA=ωE). Vì ωE lớn hơn tốc ñộ không tải lý tưởng ω03 của ñặc tính cơ 3 nên ñộng cơ sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh trên ñoạn EC của ñặc tính 3. Quá trình hãm giúp ñộng cơ giảm tốc nhanh. Khi tốc ñộ xuống thấp hơn ω03 thì ñộng cơ lại làm việc ở trạng thái ñộng cơ. Lúc này do mômen Mð = 0 nên ñộng cơ tiếp tục giảm tốc cho tới ñiểm làm việc mới tại F, vì tại F mômen ñộng cơ sinh ra cân bằng với mômen cản MC. ðộng cơ chạy ổn ñịnh tại F với tốc ñộ ωF<ωA. Khi tăng tốc, diễn biến của quá trình ñược giải thích tương tự. Giả sử ñộng cơ ñang làm việc tại ñiểm I có tốc ñộ ωI nhỏ trên ñặc tính cơ 5, ứng với ñiện áp U5 trên phần ứng. Tăng ñiện áp từ U5 lên U4, ñộng cơ chuyển ñiểm làm việc từ I trên ñặc tính 5 sang ñiểm G trên ñặc tính 4. Do mômen MG lớn hơn mômen cản MC nên ñộng cơ tăng tốc theo ñường 4 (ñoạn GH). ðồng thời với quá trình tăng tốc, mômen ñộng cơ bị giảm và quá trình tăng tốc chậm dần. Tới ñiểm H thì mômen ñộng cơ cân bằng với mômen tải MH = MC và ñộng cơ sẽ làm việc ổn ñịnh tại ñiểm H với tốc ñộ ωH > ωI. ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập bằng biện pháp thay ñổi ñiện áp phần ứng có các ñặc ñiểm sau: - ðiện áp phần ứng càng giảm, tốc ñộ ñộng cơ càng nhỏ. - ðiều chỉnh trơn trong toàn bộ dải ñiều chỉnh. - ðộ cứng ñặc tính cơ giữ không ñổi trong toàn bộ dải ñiều chỉnh.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

48

suu tam: [email protected] - ðộ sụt tốc tuyệt ñối trên toàn dải ñiều chỉnh ứng với một mômen là như nhau. ðộ sụt tốc tương ñối sẽ lớn nhất tại ñặc tính cơ thấp nhất của dải ñiều chỉnh. Do vậy, sai số tốc ñộ tương ñối (sai số tĩnh) của ñặc tính cơ thấp nhất không vượt quá sai số cho phép cho toàn dải ñiều chỉnh. - Dải ñiều chỉnh của phương pháp này có thể: D ~ 10:1. - Chỉ có thể ñiều chỉnh tốc ñộ về phía giảm (vì chỉ có thể thay ñổi với Uư ≤ Uñm). - Phương pháp ñiều chỉnh này cần một bộ nguồn ñể có thể thay ñổi trơn ñiện áp ra. 3.3.3 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi từ thông Muốn thay ñổi từ thông ñộng cơ, ta tiến hành thay ñổi dòng ñiện kích từ của ñộng cơ qua một ñiện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ. Rõ ràng phương pháp này chỉ cho phép tăng ñiện trở vào mạch kích từ, nghĩa là chỉ có thể giảm dòng ñiện kích từ (Ikt ≤ Iktñm) do ñó chỉ có thể thay ñổi về phía giảm từ thông. Khi giảm từ thông, ñặc tính dốc hơn và có tốc ñộ không tải lớn hơn. Họ ñặc tính giảm từ thông như hình 3.5.

+

Ikt

Iu

KT§

Rkt §

E

ω

ω

ωo2

ωo2

ωo1

ωo1

ωo®m

ωo®m

φ2

φ1 φ®m

I

o

I nm

o

MC

M

Hình 3.5 - ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập bằng phương pháp thay ñổi từ thông kích từ. Phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ bằng thay ñổi từ thông có các ñặc ñiểm sau: - Từ thông càng giảm thì tốc ñộ không tải lý tưởng của ñặc tính cơ càng tăng, tốc ñộ ñộng cơ càng lớn. - ðộ cứng ñặc tính cơ giảm khi giảm từ thông. D ~ 3:1. - Có thể ñiều chỉnh trơn trong dải ñiều chỉnh: - Chỉ có thể ñiều chỉnh thay ñổi tốc ñộ về phía tăng. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

49

suu tam: [email protected] - Do ñộ dốc ñặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các ñặc tính sẽ cắt nhau và do ñó, với tải không lớn (M1) thì tốc ñộ tăng khi từ thông giảm. Còn ở vùng tải lớn (M2) tốc ñộ có thể tăng hoặc giảm tùy theo tải. Thực tế, phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn so với ñịnh mức. - Phương pháp này rất kinh tế vì việc ñiều chỉnh tốc ñộ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ là (1÷10)% dòng ñịnh mức của phần ứng. Tổn hao ñiều chỉnh thấp. Thường khi ñiều chỉnh từ thông thì ñiện áp phần ứng ñược giữ nguyên bằng giá trị ñịnh mức, do ñó ñặc tính cơ thấp nhất trong vùng ñiều chỉnh từ thông chính là ñặc tính có ñiện áp phần ứng ñịnh mức, từ thông ñịnh mức và ñược gọi là ñặc tính cơ bản (ñôi khi chính là ñặc tính tự nhiên của ñộng cơ). Tốc ñộ lớn nhất của dải ñiều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp ñiện. Khi giảm từ thông ñể tăng tốc ñộ quay của ñộng cơ thì ñồng thời ñiều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu ñi, vì vậy ñể ñảm bảo ñiều kiện chuyển mạch bình thường cần phải giảm dòng ñiện phần ứng cho phép, kết quả là mômen cho phép trên trục ñộng cơ giảm rất nhanh. Ngay cả khi giữ nguyên dòng ñiện phần ứng thì ñộ cứng ñặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích. 3.4 Các hệ thống ñiều chỉnh tốc ñộ truyền ñộng ñiện một chiều 3.4.1 Hệ truyền ñộng máy phát - ñộng cơ (F - ð) 3.4.1.1 Hệ F - ð ñơn giản Hệ thống máy phát - ñộng cơ (F-ð) là hệ truyền ñộng ñiện mà BBð ñiện là máy phát ñiện một chiều kích từ ñộc lập. Máy phát này thường do ñộng cơ sơ cấp không ñồng bộ 3 pha quay và coi tốc ñộ quay của máy phát là không ñổi.

K

CKK

§K

F

§

CKF

CK§

§Tr

R KF T

N

N

R K§

T

Hình 3.7 - Hệ truyền ñộng F-ð ñơn giản. Trong sơ ñồ: - ð : Là ñộng cơ ñiện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải ñiều chỉnh tốc ñộ. - F : Là máy phát ñiện một chiều, ñóng vai trò là BBð, cấp ñiện cho ñộng cơ ð.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

50

suu tam: [email protected] - ðTr : ðộng cơ KðB 3 pha kéo máy phát F, có thể thay thế bằng một nguồn năng lượng khác. - K : Máy phát tự kích, ñể cấp nguồn ñiện cho các cuộn kích từ CKF và CKð. ðiện áp ra của bộ biến ñổi cấp cho ñộng cơ ð: uF = uð = EF - I.RưF = K.φF.ωðTr - I.RưF Khi ta thay ñổi giá trị của biến trở RKF thì sẽ làm cho dòng ñiện qua cuộn kích từ CKF thay ñổi, do ñó từ thông kích từ φF của máy phát thay ñổi (giảm), dẫn ñến ñiện áp uF thay ñổi, do ñó tốc ñộ ñộng cơ ð thay ñổi: ω < ωcb. Như vậy, bằng cách ñiều chỉnh biến trở RKF, ta ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ ð trong khi giữ từ thông không ñổi: φð = φñm. Khi thay ñổi giá trị của biến trở RKð ta có thể thay ñổi từ thông kích từ ñộng cơ ð. Khi φð giảm thì tốc ñộ ñộng cơ ð tăng: ω < ωcb. Trong khi ñiều chỉnh từ thông φð, ta giữ ñiện áp phần ứng ñộng cơ không ñổi: Uưð = Uñm. ðảo chiều: Cặp tiếp ñiểm T ñóng hoặc N ñóng, dòng ñiện kích từ máy phát ICKF ñảo chiều, do ñó ñảo chiều từ thông φF, do ñó UF ñảo dấu, dẫn ñến ω ñảo chiều. Khi thực hiện hãm thì ñộng cơ ð sẽ qua 2 giai ñoạn hãm tái sinh: + Tăng φð về ñịnh mức. + Giảm ñiện áp phần ứng ñộng cơ về 0. Nhận xét về hệ F-ð: - Ưu ñiểm: + ðiều chỉnh tốc ñộ ñơn giản, ít tốn năng lượng vì chỉ thực hiện trong mạch kích từ. + Dễ dàng ñảo chiều quay bằng cách ñảo chiều từ thông máy phát hoặc ñảo chiều từ thông ñộng cơ. Tuy nhiên trong thực tế thường dùng cách ñảo chiều từ thông máy phát vì không thể ñể φð = 0 (ω → ∞). - Nhược ñiểm: + Nhược ñiểm quan trọng nhất của hệ F-ð là dùng nhiều máy ñiện quay, trong ñó ít nhất là 2 máy ñiện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp ñặt máy ít nhất gấp 3 lần công suất ñộng cơ chấp hành, dẫn ñến giá thành tăng, hiệu suất thấp. + Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ dư, ñặc tính từ hóa có trễ nên khó ñiều chỉnh sâu tốc ñộ. Phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ: D = Du.Dφ = 10.(2÷3)/1 = (20 ÷ 30)/1 Phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ bị chặn dưới bởi ñiện áp dư Udư. Bị chặn trên bởi giới hạn cơ học. Khi dòng kích từ ICKF = 0 thì UF = Udư ≠ 0, do ñó tồn tại giá trị tốc ñộ ω ≠ 0. Vì vậy ñể giảm nhanh tốc ñộ ñộng cơ về 0 ta phải thực hiện hãm ñộng năng. 3.4.1.2 Hệ F - ð có phản hồi âm áp, dương dòng. Cuộn kích từ của máy phát F ñược cấp ñiện bởi một máy ñiện khuếch ñại từ trường ngang MKð. Máy ñiện khuếch ñại MKð có 4 cuộn kích từ: CCð, CFA, CFD, COð.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

51

suu tam: [email protected]

BA CKF MK§

§

F Rα CPF

CP§

CFA FA CFD FD

CO§ FO§

CC§ FC§

U C§

Hình 3.8 - Hệ truyền ñộng F-ð có phản hồi âm áp, dương dòng. + CCð: Gọi là cuộn chủ ñạo hay cuộn ñiều khiển, ñược cấp ñiện từ nguồn một chiều ổn ñịnh. ðiện áp ñặt vào cuộn này thay ñổi ñược nhờ biến trở RCð. ðiện áp này tạo ra sức từ ñộng FCð ñịnh giá trị sức ñiện ñộng máy phát, cũng là ñiện áp ñặt lên ñộng cơ, do ñó quyết ñịnh tốc ñộ ñặt ñộng cơ. + CFA: Là cuộn phản hồi âm áp. Cuộn CFA nối song song với ñiện trở Rα (là một phần của ñiện trở R1). Khi hệ F-ð làm việc thì trên R1 có ñiện áp tỉ lệ với UF, do ñó dòng ñiện trên cuộn CFA cũng tỉ lệ với ñiện áp máy phát: ICFA ~ UF, do ñó FA ~ UF. Chiều của FA ngược với chiều của FCð, vì vậy cuộn CFA gọi là cuộn phản hồi âm áp. + CFD: Là cuộn phản hồi dương dòng. Cuộn CFD nối song song với 2 cuộn phụ của máy phát và ñộng cơ: CPF & CPð. Khi hệ F-ð làm việc thì tổng sụt áp trên CPF & CPð là: ∆U = Rcf.I. Trong ñó: Rcf = RCPF + RCPð là tổng trở của 2 cuộn phụ, I là dòng ñiện ñi qua ñộng cơ. Do ñó sức từ ñộng của cuộn CFD tỉ lệ với dòng ñiện qua ñộng cơ: FCFD ~ ∆U hay FCFD ~ I, FCFD cùng chiều với FCð. Vì vậy cuộn CFD ñược gọi là cuộn phản hồi dương dòng. + COð: Là cuộn ổn ñịnh hay cuộn phản hồi mềm. Cuộn COð lấy dòng trên thứ cấp máy biến áp BA, sơ cấp của BA nối song song với máy phát. Khi hệ thống ở chế ñộ tĩnh thì trong cuộn sơ cấp không có phản ứng. Khi hệ thống ở chế ñộ ñộng, dòng ñiện biến thiên, trong máy biến áp BA có tín hiệu, cuộn COð xuất hiện dòng ñiện, sinh ra sức từ ñộng FOð. Chiều của FOð có xu hướng chống lại sự biến thiên ñó, làm cho hệ nhanh chóng ổn ñịnh. Phản hồi này gọi là phản hồi mềm. Sức từ ñộng tổng kích từ của bộ khuếch ñại Kð là: FΣ = FCð - FCFA + FCFD ± FOð Ở chế ñộ tĩnh thì FOð = 0.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

52

suu tam: [email protected] Giả sử ñộng cơ ñang làm việc ổn ñịnh ở một tốc ñộ nào ñó, vì một nguyên nhân khách quan nào ñó làm cho ñộng cơ nặng tải, tốc ñộ của ñộng cơ giảm xuống, dòng ñiện qua ñộng cơ tăng lên (I =

uF − u§ ), vì thế FCFD tăng, FCFA giảm, dẫn ñến sức từ ñộng tổng FΣ tăng, do ñó UF tăng làm RΣ

tốc ñộ ñộng cơ lại tăng lên bù lại phần sụt giảm tốc ñộ. Phương trình ñặc tính cơ - ñiện: ω = K1.UCð - K1.[Ru - f(Rcf, Ru § ,R−F,α) = ω0 - ∆ω Muốn cho hệ ổn ñịnh thì ta phải có ∆ω → 0. Do ñó cần chỉnh ñịnh giá trị α sao cho f(Rcf, Ru § ,R−F,α) → R−. Trong ñó: α=

Rα R1

* Khi nghiên cứu mạch từ người ta thường dùng khái niệm sức từ ñộng (F) và từ trở. Những khái niệm ñó ñược ñưa ra trên cơ sở sau ñây: Từ thông ñược miêu tả bằng công thức: φ = µaHS, và cường ñộ từ trường bằng H = Iw/l. Vậy có thể viết: φ = µaIwS/l. Nếu cùng chia tử số và mẫu số cho µaS thì ta có:  l   φ = Iw.  µ S  a 

−1

Trong công thức trên Iw gọi là sức từ ñộng F. Cũng giống như trong mạch ñiện, dòng ñiện tỉ lệ với sức ñiện ñộng còn trong mạch từ, từ thông tỉ lệ với sức từ ñộng. ðại lượng

l

µa S

ñứng ở mẫu số

gọi là từ trở RM, và toàn bộ công thức trên gọi là ñịnh luật Ôm ñối với mạch từ:

φ=

F RM

µa : ðộ từ thẩm của mạch từ.

*MÁY ðIỆN KHUẾCH ðẠI TỪ TRƯỜNG NGANG: Máy ñiện khuếch ñại từ trường ngang (MKðN) về thực chất cũng là máy phát ñiện một chiều nhưng có các cấu tạo ñặc biệt: - Stato có nhiều cuộn kích từ trong ñó có cuộn chủ ñạo, các cuộn phản hồi và luôn có cuộn bù. - Roto có 4 chổi than trong ñó cặp chổi than 1 và 2 nối ngắn mạch với nhau, gọi là cặp chổi than ngang trục. Cặp chổi than 3 và 4 gọi là cặp chổi than dọc trục, cấp ñiện áp ra của máy ñiện khuếch ñại MKðN. Nguyên lý làm việc của máy ñiện khuếch ñại từ trường ngang MKðN như sau: Khi cuộn kích từ chính ñược cấp ñiện một chiều thì một từ trường φF (giả sử hướng xuống như ở hình vẽ) ñược tạo ra. Các dây dẫn rotor ñược kéo quay với tốc ñộ ωF trong từ trường φF sẽ cảm ứng một s.ñ.ñ E1 (s.ñ.ñ ngang trục) và trong cuộn dây phần ứng sẽ có một dòng ñiện I1 ñược tạo ra, khép kín mạch qua cặp chổi than ngắn mạch 1-2. Chiều dòng ñiện I1 ñược xác ñịnh theo quy tắc bàn tay phải. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

53

suu tam: [email protected] Vì ñiện trở ngắn mạch giữa 2 chổi than 1-2 rất nhỏ nên I1 khá lớn và hệ số khuếch ñại lần thứ nhất K1 của máy lớn.

CB

+

I2 3 ωF

Rc φb

UMK§N

φd

1 φF

Rt

2

φn

I1 4 _ U®k

φF

KT

Dòng ñiện I1 chạy trong cuộn dây phần ứng sẽ sinh ra từ trường ngang trục φn hướng sang phải(xác ñịnh theo quy tắc vặn nút chai hay ñinh vít thuận) và ñến lượt từ trường ngang trục φn này làm xuất hiện trong cuộn dây phần ứng quay trong nó một s.ñ.ñ E2 (s.ñ.ñ dọc trục). S.ñ.ñ E2 lớn hơn nhiều so với E1. Nếu MKðN ñược nối tải bên ngoài Rt qua 2 chổi than 3-4 thì trong cuộn dây phần ứng sẽ có dòng ñiện phụ tải I2 mà chiều xác ñịnh theo quy tắc bàn tay phải. ðây là tầng khuếch ñại thứ 2 của MKðN với hệ số khuếch ñại K2. Vậy về nguyên lý có thể xem MKðN tương ñương với hai máy phát ñiện nối tầng với nhau thành 2 cấp khuếch ñại như mạch ñẳng trị ở hình vẽ:

K1

I1 φF KT

I2 φn

E1

E2

Rt

K2

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

54

suu tam: [email protected] Hệ số khuếch ñại của MKðN là: K = K1.K2 (Có thể ñạt tới hàng vạn). Các s.ñ.ñ E1, E2 và các dòng ñiện I1, I2 thực ra ñều ñược sinh ra trong một cuộn dây phần ứng. Dòng I2 (dòng tải) trong cuộn dây phần ứng lại tạo ra một từ trường dọc trục φd ngược chiều với từ trường chính φF và làm từ trường chính suy giảm, dẫn ñến s.ñ.ñ máy phát bị giảm. Dòng tải I2 càng tăng, từ trường dọc trục φd càng lớn và từ trường chính càng bị giảm nhiều dẫn ñến s.ñ.ñ của máy phát bị tụt thấp. ðó là ñiều không mong muốn. ðể hạn chế hoặc trừ khử từ trường φd này người ta ñặt thêm một cuộn dây ở stato của MKðN và gọi là cuộn bù CB. Cuộn bù ñược mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng và sẽ tạo ra một từ trường φb ngược chiều với từ trường dọc trục φd ñể hạn chế hoặc trừ khử ảnh hưởng của từ trường này. Vì dòng tải I2 cũng là dòng qua cuộn bù CB nên khi tải tăng thì φb cũng tăng ñể khử kịp sự tăng của φd theo dòng tái. ðể ñiều chỉnh ñược từ trường bù φb theo tải, cuộn bù CB ñược nối song song với một biến trở phân mạch RC. Do có hệ số khuếch ñại lớn, MKðN ñược dùng nhiều trong các hệ truyền ñộng ñể ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ một chiều trong phạm vi rộng với ñộ ổn ñịnh tốc ñộ cao và quán tính ñiện từ nhỏ. 3.4.1.3 Hệ F - ð có phản hồi âm tốc ñộ ðộng cơ ð ñược cấp ñiện từ máy ñiện khuếch ñại từ trường ngang MðKð.

RC

CB

BA

4

M§K§

§

2

1 3

FT

CDA FO§ CFT FFT CC§ FC§

UC§

Hình 3.9 - Hệ truyền ñộng F-ð có phản hồi âm tốc ñộ.

Máy phát tốc FT ñược nối trục với ñộng cơ ð. ðiện áp ra: UFT = K.ω, ñiện áp này tạo ra sức từ ñộng: FFT = c.ω. Sức từ ñộng tổng:

FΣ = FCð - c.ω ± FOð

Máy phát tốc ñược sử dụng rộng rãi vì nó không liên quan về mặt ñiện với mạch ñộng lực và có nhiều kiểu tín hiệu ra.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

55

suu tam: [email protected] 3.4.2 Hệ truyền ñộng khuếch ñại từ - ñộng cơ (KðT - ð) Khuếch ñại từ là khí cụ ñiện mà tín hiệu ñầu ra ñược khuếch ñại nhờ sự thay ñổi ñiện kháng bằng cách thay ñổi dòng ñiều khiển. Sơ ñồ nguyên lý của một khuếch ñại từ ñơn giản ñược trình bày ở hình 3.10. IT ZT

~

WT W®k

I ®k

=

R XC

Hình 3.10 - Khuếch ñại từ. Trên mạch từ không có khe hở không khí ñược quấn hai cuộn dây: cuộn ñiều khiển (w®k) và cuộn tải (wT). Cuộn dây wT ñược ñấu nối tiếp với phụ tải và ñấu vào nguồn ñiện xoay chiều, còn cuộn dây w®k ñược nối nối tiếp với biến trở R , với ñiện kháng chặn XC (ñể hạn chế ảnh hưởng của dòng ñiện xoay chiều cảm ứng từ phía mạch xoay chiều) và nối với nguồn ñiện áp một chiều. Mạch từ bảo hòa ứng với trường hợp Iñk = Iñkñm là vùng giới hạn trên và trường hợp Iñk =0 là giới hạn dưới hoạt ñộng của khuếch ñại từ. Giữa hai vùng giới hạn trên, khi tăng dần Iñk thì dòng tải tăng dần từ I0 ñến ITñm.

IT I T®m

I0 I ®k Hình 3.11 - ðặc tính ñiều khiển của khuếch ñại từ. ðặc tính ñiều khiển của khuếch ñại từ ñược trình bày ở hình 3.11. Phương trình cơ bản của khuếch ñại từ lý tưởng là: IT.wT = Iñk.wñk Do ñó:

I T = I dk

w dk wT

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

56

suu tam: [email protected] Với khuếch ñại từ lý tưởng, khi Iñk = 0 thì IT = 0, còn với khuếch ñại từ thực tế: Iñk =0 thì IT=I0. Vì công suất ñiều khiển bé hơn nhiều lần công suất xoay chiều nên ñược gọi là khuếch ñại từ. * HỆ TRUYỀN ðỘNG KHUẾCH ðẠI TỪ - ðỘNG CƠ: Khuếch ñại từ (KðT) hay còn gọi là bộ biến ñổi van từ, là tổ hợp của kháng bão hòa với chỉnh lưu không ñiều khiển. KðT ñược dùng ñể làm bộ ñiều chỉnh dòng ñiện và ñiện áp trong các hệ thống ñiều khiển, ñiều chỉnh và kiểm tra tự ñộng. Trong các máy nâng vận chuyển, KðT thường ñược dùng làm máy kích thích cho các máy phát trong hệ thống F - ð. ðối với máy cắt gọt kim loại, KðT thường ñược dùng kết hợp với chỉnh lưu diode bán dẫn ñể cung cấp cho phần ứng ñộng cơ một chiều.

U1, f1 •

BA

•

•

• •

•

(a)

•

Wñk +

Wlv

•

+ CK

Uñk •

-

V0 •

Rkt •

•

-

U1, f1 •

•

•

• •

BA

Wlv

Vo •

•

•

Wñk

•

+

•

Uñk •

•

• •

(b)

+

•

CKð

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

Rkt

•

-

57

suu tam: [email protected] Trong các sơ ñồ này, máy biến áp BA có chức năng biến ñổi giá trị ñiện áp cho phù hợp với yêu cầu của ñộng cơ. Tạo ra số pha hoặc ñiểm trung tính cho phù hợp với sơ ñồ chỉnh lưu nếu cần và nâng cao hệ số công suất của hệ. Các van không ñiều khiển Vo dùng ñể biến ñổi dòng ñiện xoay chiều thành một chiều và tạo ra thành phần dòng ñiện tự từ hóa cho KðT. Trong hệ thống KðT – ñộng cơ, tốc ñộ ñộng cơ ñược ñiều chỉnh bằng cách thay ñổi trị số trung bình của sức ñiện ñộng chỉnh lưu bằng cách biến ñổi dòng ñiện ñiều khiển, tức là biến ñổi mức ñộ bão hòa của mạch từ. ðể ñơn giản trong việc khảo sát nguyên lý hoạt ñộng của hệ thống này, ta tách ra một trong ba pha từ các sơ ñồ trên và giả thuyết rằng ñặc tính từ trễ của lõi thép có dạng lý tưởng. •

+

•

•

Uñk -

u2

B +BS

Iñk Wñk

•

V0

H B0

(a)

-BS

a) Sơ ñồ nguyên lý một pha của bộ biến ñổi. b) Dạng ñặc tính từ trễ lý tưởng của lõi thép. Ta có:

u2 = U2msinωt = iRt + Xk ( di / dωt )

Trong ñó: Xk có giá trị thay ñổi theo trạng thái từ hóa của lõi thép. Lúc ñầu, lõi thép ñược từ hóa cố ñịnh nhờ cuộn ñiều khiển Wñk ñến một giá trị B0 nào ñó trong phạm vi ( -BS ≤ B0 ≤ +BS ). * Ở bán kỳ dương của nguồn u2: Dòng ñiện thuận ñi qua V0 từ hóa lõi cuộn kháng, làm cho biên ñộ từ cảm biến thiên. Lúc này, vì lõi thép chưa bão hòa nên Xk rất lớn, nguồn chủ yếu rơi trên cuộn kháng còn giá trị iRt ≈ 0. Ta có: u2 = U2msinωt = iRt + Xk ( di/dωt ) = NlvωS ( dB / dt ) Với ñiều kiện ban ñầu: t = 0, B = B0, giải phương trình này ta ñược: B = B0 + Bm ( 1 - cosωt ) Trong ñó: - Biên ñộ từ cảm: Bm = U2m/WNlvS - Nlv: Số vòng dây của cuộn làm việc. - S : Diện tích tiết diện lõi của cuộn kháng. - ω : Tần số góc của dòng ñiện. Khi lõi thép bão hòa, ta có Xk = 0. Do ñó, toàn bộ nguồn áp chỉ ñặt lên tải. Khi ñó: u2=U2msinωt = iRt = ub

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

58

suu tam: [email protected] Với ub là ñiện áp ra của bộ biến, tức là ñiện áp ñặt trên tải. * Ở bán kỳ âm của nguồn u2: V0 ngưng dẫn, dòng ñiện từ hóa không có nên lõi thép bị khử từ bởi cuộn ñiều khiển Wñk và ñộ từ cảm B sẽ giảm dần về giá trị ban ñầu B0, ñiện áp trên tải ub ≈ u2 = 0. Giá trị trung bình của ñiện áp chỉnh lưu ñược xác ñịnh theo công thức: U KDT

p = 2π

π

∫U α

2m

sin ω td ω t =

p U 2 m (1 + cos α ) 2π

Trong ñó: - p: Số lần ñập mạch trong bộ chỉnh lưu.

α = arccos(1 −

BS − B0 ) Bm

- α: Góc bão hòa - BS: Từ cảm bão hòa. Nếu ta chọn Bm = BS thì α = arccos ( B0/BS ). Lúc này giá trị trung bình của ñiện áp chỉnh lưu: UKðT = Um [ 1 + ( B0/BS )] = f ( B0 ).Với:

Um = pU2m/2π Ta nhận thấy: Khi thay ñổi giá trị B0 từ –BS ñến +BS ta sẽ ñiều chỉnh ñược ñiện áp chỉnh lưu UKðT từ 0 ñến giá trị U2m( p/π ). Vì B0 là do dòng ñiều khiển Iñk tạo ra nên thực chất giá trị UKðT chính là hàm của Iñk: UKðT = f ( Iñk ). 3.4.3 Hệ truyền ñộng chỉnh lưu - ñộng cơ Các bộ biến ñổi dòng ñiện xoay chiều thành một chiều thực chất là các bộ chỉnh lưu (hay các bộ nắn ñiện) dùng ñể biến ñổi dòng ñiện xoay chiều thành dòng ñiện một chiều. Có rất nhiều sơ ñồ chỉnh lưu khác nhau ñược phân loại như sau: - Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha... - Theo sơ ñồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia...

- Theo sự ñiều khiển có: Chỉnh lưu không ñiều khiển, chỉnh lưu có ñiều khiển, chỉnh lưu bán ñiều khiển. 3.4.2.1 Giới thiệu Thyristor a) Chất bán dẫn: Về phương diện dẫn ñiện, các chất ñược chia thành 2 loại: Chất dẫn ñiện (có ñiện trở suất nhỏ) và chất không dẫn ñiện (có ñiện trở suất rất lớn). Chất không dẫn ñiện còn gọi là chất cách ñiện hay ñiện môi. Giữa hai loại chất này, có một loại chất trung gian mà ñiện trở suất của nó thay ñổi trong một giới hạn rộng và giảm mạnh khi nhiệt ñộ tăng (theo luật hàm mũ). Nói cách khác, chất này dẫn ñiện tốt ở nhiệt ñộ cao và dẫn ñiện kém hoặc không dẫn ñiện ở nhiệt ñộ thấp. ðó là chất bán dẫn. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

59

suu tam: [email protected] Trong bảng tuần hoàn Mendeleev, các nguyên tố bán dẫn chiếm vị trí trung gian giữa các kim loại và phi kim. ðiển hình là Ge, Si ... Hai nguyên tố Ge và Si trong bảng tuần hoàn ở phân nhóm IV, lớp ñiện tử ngoài cùng của Ge, Si có 4 ñiện tử (electron) và chúng liên kết ñồng hóa trị với nhau, tạo thành một mạng bền vững (hình a).

Mạng liên kết bền vững

Nếu trộn vào Ge một ít ñơn chất thuộc phân nhóm III, chẳng hạn In, thì do lớp ñiện tử ngoài cùng của In chỉ có 3 ñiện tử nên thiếu 1 ñiện tử ñể tạo ra cặp ñiện tử ñồng hóa trị. Nguyên tử In có thể sẽ lấy 1 ñiện tử của nguyên tử Ge lân cận và làm xuất hiện một lỗ trống dương. Ion Ge lỗ trống này lại có thể lấy 1 ñiện tử của nguyên tử Ge khác ñể trung hòa và biến nguyên tử Ge sau này thành một lỗ trống mới. Quá trình cứ thế tiếp diễn và bán dẫn Ge ñược gọi là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn dương: Bán dẫn P (Positive).

Bán dẫn loại P

Bán dẫn loại N Nếu trộn vào Ge một ít ñơn chất thuộc phân nhóm V, chẳng hạn As, thì do lớp ñiện tử ngoài cùng của As có 5 ñiện tử nên sau khi tạo 4 cặp ñiện tử ñồng hóa trị với 4 nguyên tử Ge xung quanh, thì As thừa ra 1 ñiện tử. ðiện tử này dễ dàng rời khỏi nguyên tử As và trở thành ñiện tử tự do. Bán dẫn Ge trở thành bán dẫn ñiện tử hay bán dẫn âm: Bán dẫn loại N (Negative). Khi nhiệt ñộ chất bán dẫn tăng hay bị ánh sáng chiếu vào thì chuyển ñộng của các phần tử mang ñiện mạnh lên nên chất bán dẫn sẽ dẫn ñiện tốt hơn.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

60

suu tam: [email protected] Các chất bán dẫn có thể là ñơn chất như B, C, si, Ge, S, Se..., các hợp chất như ZnS, CdSb, AlSb, Mg3SO2, các oxyt như Al2O3, Cu2O, ZnO, SiO2 ..., các sulfua như ZnS, CdS, Ag2S .v.v.

Hiện nay, các chất bán dẫn ñược ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật và ñời sống. b) Tính chất dẫn ñiện một chiều của lớp tiếp xúc P-N Khi ghép 2 lớp bán dẫn P và N lại với nhau thì tại chỗ 2 mặt ghép giáp nhau sẽ hình thành một lớp tiếp xúc P - N (Ký hiệu J -Junction). Quá trình xảy ra như sau: Tại chỗ ghép, các ñiện tử âm tự do từ bán dẫn N chuyển sang bán dẫn P, chúng tái hợp với các lỗ trống và trở nên trung hòa về ñiện. Phía bán dẫn P, do mất lỗ trống nên chúng trở thành mang ñiện âm. Phía bán dẫn N, do mất ñiện tử nên trở thành mang ñiện dương. Do vậy, một ñiện trường E0 ở lớp tiếp xúc P-N ñược hình thành và hướng từ N sang P. ðiện trường này như một bức rào ngăn không cho lỗ trống từ P tiếp tục sang N và ñiện tử từ N sang P. Nếu nối P-N với một nguồn ñiện một chiều ñể tạo ra sự phân cực thuận, tức là cực dương của nguồn nối với bán dẫn P, cực âm của nguồn nối với bán dẫn N thì có một ñiện trường ngoài (do nguồn ngoài tạo ra) hướng từ P sang N, mạnh hơn E0 và ngược hướng E0. ðiện trường này giúp lỗ trống dương tiếp tục từ P sang N và ñiện tử tiếp tục từ N sang P tạo ra dòng ñiện thuận Ith ñi qua lớp tiếp xúc P-N.

Nếu nối P-N ñể tạo ra sự phân cực ngược, tức là cực dương của nguồn nối với bán dẫn N, cực âm của nguồn nối với bán dẫn P thì ñiện trường ngoài sẽ hướng từ N sang P cùng chiều với ñiện trường lớp tiếp xúc E0. ðiện trường này cùng với ñiện trường E0 cản trở sự chuyển dịch của các lỗ trống từ P sang N và ñiên tử tự do từ N sang P nên dòng ñiện không tạo ra ñược. Trên thực tế, vẫn có một dòng ñiện rất nhỏ qua lớp tiếp xúc khi phân cực ngược gọi là dòng ñiện ngược hay dòng ñiện rò.Vậy lớp tiếp xúc P-N có một tính chất ñặc biệt là chỉ cho dòng ñiện chạy qua khi phân cực thuận và ngăn cản không cho dòng ñiện chạy qua khi phân cực ngược. Tính chất này có ñược là do ñiện trường lớp tiếp xúc E0 hướng từ N sang P. ðiện trường E0 tạo ra một bức rào thế.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

61

suu tam: [email protected] c) ðiôt: ðiôt là linh kiện bán dẫn gồm 2 miếng bán dẫn P và N ghép lại với nhau. ðầu nối với bán dẫn P gọi là Anôt (A), ñầu nối với bán dẫn N gọi là Katôt (K).

Ith

2

1

A

K

N

P A

Ungmax

4

Uth

0

3 Un

5

K

Ing

Hình 3.12 - Cấu tạo, ký hiệu và ñặc tính Vôn-Ampe của ñiôt. ðặc tính Vôn-Ampe của ñiôt biểu thị mối quan hệ I(U) giữa dòng ñiện qua ñiôt và ñiện áp ñặt vào 2 cực của ñiôt. ðặc tính Vôn-Ampe tĩnh của ñiôt có 2 nhánh. Nhánh thuận ứng với ñiện áp thuận (sơ ñồ nối mạch ở góc I), dòng ñiện ñi qua ñiôt tăng theo ñiện áp. Khi ñiện áp ñặt vào ñiôt vượt một ngưỡng Un cỡ 0,1V ÷ 0,5V và chưa lớn lắm thì ñặc tính có dạng parabol (ñoạn 1). Khi ñiện áp lớn hơn thì ñặc tính gần như ñường thẳng (ñoạn 2). Nhánh ngược ứng với ñiện áp phân cực ngược (sơ ñồ nối mạch ở góc III). Lúc ñầu, ñiện áp ngược tăng thì dòng ñiện ngược (dòng ñiện rò) rất nhỏ cũng tăng nhưng rất chậm (ñoạn 3). Tới ñiện áp ngược |U| > Ung.max thì dòng ñiện ngược tăng nhanh (ñoạn khuỷu 4) và cuối cùng (ñoạn 5) thì ñiôt bị ñánh thủng. Lúc này dòng ñiện ngược tăng vọt dù có giảm ñiện áp. ðiện áp này gọi là ñiện áp chọc thủng. ðể ñảm bảo an toàn cho ñiôt, ta nên ñể ñiôt làm việc với ñiện áp ngược ~ 0,8Ung.max. Với Ung < 0,8Ung.max thì dòng ñiện rò qua ñiôt nhỏ không ñáng kể và ñiôt coi như ở trạng thái khóa. Từ ñặc tính V-A của ñiôt có thể thấy ñiôt (do tính chất ñặc biệt của lớp tiếp xúc P-N) chỉ cho dòng ñiện chảy qua từ Anôt sang Katôt khi phân áp thuận và không cho dòng ñiện chảy qua từ Katôt sang Anôt khi phân cực ngược. Hay nói cách khác, tuỳ theo ñiều kiện phân áp mà ñiôt có thể dẫn dòng hay không dẫn dòng. ðiôt là một van bán dẫn. Tính chất này ñược sử dụng ñể chỉnh lưu (nắn) dòng ñiện xoay chiều thành một chiều. d) Tiristor: Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn pnpn liên tiếp nhau tạo nên Anôt, Katôt và cực ñiều khiển G (hình vẽ). J1

A +

P1

J2

N1

J3

P2

N2

K -

A

K G

G Hình 3.13 - Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

62

suu tam: [email protected] Cấu tạo thường gặp và ký hiệu của Tiristor cho trên hình 3.13. Về mặt cấu tạo Tiristor gồm một ñĩa silic từ ñơn tinh thể loại n, trên lớp ñệm loại bán dẫn p có cực ñiều khiển bằng dây nhôm, các lớp chuyển tiếp ñược tạo nên bằng kỹ thuật bay hơi của gali. Lớp tiếp xúc giữa Anôt và Katôt làm bằng ñĩa môliñen hay tungsten có hệ số nóng chảy gần với silic. Cấu tạo dạng ñĩa kim loại ñể dễ ñang tản nhiệt. Hình 3.14 trình bày mặt cắt của một tiristor. Ngoài cùng là lớp vỏ bọc có tác dụng chống các ứng suất cơ học, ñể dễ dàng tản nhiệt cũng như ñể dễ nối với mạch ngoài. cùc ®iÒu khiÓn

cat«t

Líp cat«t Líp ®iÒu khiÓn

+

p

+ + + + + +n + + + + + +

-+-+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ +--+ +--++ + n Líp ch¾n ++ + + + + + + + + + + + +

- -p- - - - - - -- --- Líp An«t

An«t

Hình 3.14 - Mặt cắt chi tiết của Tiristor. Nguyên lý làm việc của Tiristor: Khi ñặt Tiristor dưới ñiện áp một chiều, anôt vào cực dương, katôt vào cực âm của nguồn ñiện áp, J1 và J3 ñược phân cực thuận, J2 bị phân cực ngược. Gần như toàn bộ ñiện áp nguồn ñặt lên mặt ghép J2. ðiện trường nội tại E1 của J2 có chiều hướng từ N1 về P2. ðiện trường ngoài tác ñộng cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách ñiện càng mở rộng ra, không có dòng ñiện chảy qua Tiristor mặc dù nó ñược ñặt dưới ñiện áp thuận. Mở Tiristor: Nếu cho một xung ñiện áp dương Ug tác ñộng vào cực G (dương so với K), các ñiện tử từ N2 chạy sang P2. ðến ñây một số ít trong chúng chảy vào nguồn Ug và hình thành dòng ñiều khiển Ig chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần lớn ñiện tử, chịu sức hút của ñiện trường tổng hợp của mặt ghép J2, lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng ñược tăng tốc ñộ, ñộng năng lớn lên, bẻ gãy các liên kết giữa các nguyên tử silic, tạo nên những ñiện tử tự do mới. Số ñiện tử mới ñược giải phóng này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp. Kết quả của phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiều ñiện tử chảy vào N1, qua P1 và ñến cực dương của nguồn ñiện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn ñiện ào ạt. J2 trở thành mặt ghép dẫn ñiện, bắt ñầu từ một ñiểm nào ñó ở xung quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc ñộ khoảng 1cm/100µs. ðiện trở thuận của Tiristor, khoảng 100kΩ khi ở trạng thái khóa, trở thành khoảng 0,01Ω khi Tiristor dẫn cho dòng chảy qua. Có thể hình dung như sau: Khi ñặt Tiristor dưới ñiện áp UAK > 0, Tiristor ở trạng thái sẵn sàng mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn ñợi lệnh - tín hiệu Ig ở cực ñiều khiển. Công thức:

Tiristor khóa +

U AK > 1V → Tiristor mở I g ≥ I gst

Trong ñó Igst là giá trị dòng ñiện ñiều khiển ghi trong sổ tay tra cứu của Tiristor. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

63

suu tam: [email protected] Thời gian mở ton là thời gian cần thiết ñể thiết lập dòng ñiện chính chảy trong Tiristor, tính từ thời ñiểm phóng dòng Ig vào cực ñiều khiển. Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10µs. Khóa Tiristor: Một khi Tiristor ñã mở thì sự hiện diện của tín hiệu ñiều khiển Ig không còn là cần thiết nữa. ðể khóa Tiristor có hai cách: - Giảm dòng ñiện làm việc I xuống dưới giá trị dòng duy trì IH (Holding current), hoặc là: - ðặt một ñiện áp ngược lên Tiristor (biện pháp thường dùng). Khi ñặt ñiện áp ngược lên Tiristor UAK < 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phân cực ngược, J2 bây giờ ñược phân cực thuận. Những ñiện tử, trước thời ñiểm ñảo cực tính UAK, ñang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ ñảo chiều hành trình, tạo nên dòng ñiện ngược chảy từ katôt về anôt, về cực âm của nguồn ñiện áp ngoài. Lúc ñầu của quá trình, từ t0 ñến t1, dòng ñiện ngược khá lớn, sau ñó J1 rồi J3 trở nên cách ñiện. Còn lại một ít ñiện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J1 và J3, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần ñi cho ñến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép ñiều khiển. Thời gian khóa toff tính từ khi bắt ñầu xuất hiện dòng ñiện ngược t0 cho ñến khi dòng ñiện ngược bằng 0 (t2). ðấy là khoảng thời gian mà sau ñó nếu ñặt ñiện áp thuận lên Tiristor, Tiristor cũng không mở, toff kéo dài khoảng vài chục µs. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không ñược ñặt Tiristor dưới ñiện áp thuận khi Tiristor chưa bị khóa, nếu không có thể gây ngắn mạch ñiện áp nguồn. Ta có công thức:

Tiristor mở + UAK < 0 → Tiristor khóa.

ðặc tính Vôn-Ampe của Tiristor gồm 4 ñoạn (hình 3.15): ðoạn 1 ứng với trạng thái khoá của Tiristor, chỉ có dòng ñiện rò chảy qua Tiristor. Khi tăng U ñến Uch (ñiện áp chuyển trạng thái), bắt ñầu quá trình tăng nhanh chóng của dòng ñiện, Tiristor chuyển qua trạng thái mở. I 3 IH

UZ

2 U

1 4

0

Uch

Hình 3.15 - ðặc tính Vôn-Ampe của Tiristor. ðoạn 2 ứng với giai ñoạn phân cực thuận của J2. Trong giai ñoạn này mỗi một lượng tăng nhỏ của dòng ñiện ứng với một lượng giảm lớn của ñiện áp ñặt lên Tiristor. ðoạn 2 còn gọi là ñoạn ñiện trở âm.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

64

suu tam: [email protected] ðoạn 3 ứng với trạng thái mở của Tiristor. Khi này cả 3 mặt ghép ñã trở thành dẫn ñiện. Dòng ñiện chảy qua tiristor chỉ còn bị hạn chế bởi ñiện trở mạch ngoài. ðiện áp rơi trên tiristor rất nhỏ, khoảng 1V. Tiristor còn giữ ở trạng thái mở chừng nào i còn lớn hơn dòng duy trì IH (holding current). ðoạn 4 ứng với trạng thái tiristor bị ñặt dưới ñiện áp ngược. Dòng ñiện ngược rất nhỏ, khoảng vài chục mA. Nếu tăng U ñến UZ thì dòng ñiện ngược tăng lên mãnh liệt, mặt ghép bị chọc thủng, tiristor bị hỏng. Bằng cách cho những giá trị Ig > 0 khác nhau chúng ta sẽ nhận ñược một họ các ñặc tính V-A với các Uch nhỏ dần ñi (hình 3.16).

I

Ig3 IH

UZ

Ig2

Ig1 =0

U 0

Uch

Hình 3.16 - Họ ñặc tính Vôn-Ampe của Tiristor ứng với các giá trị khác nhau của dòng ñiều khiển IG. Ta có thể nhận xét: - ðối với ñiôt, nó sẽ thông ngay khi ñược phân áp thuận nếu ñiện áp UAK > Ungưỡng (0,1÷0,5V). - ðối với Tiristor thì phân áp thuận chỉ là một ñiều kiện nên tiristor chưa thông. Cùng với phân áp thuận còn phải có xung dòng ñiều khiển ñưa vào cực ñiều khiển G. Dòng ñiều khiển càng lớn, ñặc tính V-A của tiristor càng giống ñặc tính V-A của ñiôt. Tới một giá trị cực ñại của dòng ñiều khiển thì ñặc tính V-A của tiristor giống như của ñiôt. Do vậy, tiristor còn ñược gọi là ñiôt có ñiều khiển. - Khi ñiôt hoặc tiristor thông thì ñiện trở trong của chúng rất nhỏ nên sụt áp trên chúng không ñáng kể. 3.4.2.2 Các sơ ñồ chỉnh lưu Thyristor Id T1

T2

R Ud

~ T3

T4

a) Sơ ñồ chỉnh lưu Thyristor hình cầu 1 pha

L

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

65

suu tam: [email protected]

Id

a

~

T1

T2

T2

R Ud

b c

L T3

T4

b) Sơ ñồ chỉnh lưu Thyristor hình cầu 3 pha

T4

A

U2a

T1

B

U2b

T2

C

U2c

T3

c) Sơ ñồ chỉnh lưu Thyristor hình tia 3 pha Id

L

R Ud

Hình 3.17 - Các sơ ñồ chỉnh lưu Tiristor. Trong các sơ ñồ chỉnh lưu trên, giá trị ñiện áp trung bình một chiều ra tải phụ thuộc vào góc ñiều khiển kích mở của Thyistor:

Ud = Ud0.cosα.

Do ñó, khi thay ñổi góc ñiều khiển α thì ta sẽ thay ñổi ñược giá trị ñiện áp trung bình ra tải. Nếu tăng giá trị góc ñiều khiển α thì ñiện áp trung bình sẽ giảm, ngược lại, giảm α thì ñiện áp trung bình sẽ tăng. Giá trị lớn nhất của ñiện áp trung bình ra tải là Ud0, ứng với góc α = 0. Dòng ñiện trung bình qua tải: I=

Ud Zd

với Zd =

X L2 + R 2

Trường hợp trong mạch tải có thêm suất ñiện ñộng phản kháng: I=

Ud − E Zd

3.4.2.3 Hệ truyền ñộng T - ð Trong hệ thống truyền ñộng chỉnh lưu ñiều khiển - ñộng cơ một chiều (hay hệ Thyristor ðộng cơ một chiều), bộ biến ñổi ñiện là các mạch chỉnh lưu ñiều khiển có ñiện áp ra tải Ud phụ thuộc vào giá trị của góc ñiều khiển. Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng hoặc dòng ñiện kích thích ñộng cơ, tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền ñộng mà có thể dùng các sơ ñồ chỉnh lưu thích hợp. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

66

suu tam: [email protected] a) Hệ thống T-ð không ñảo chiều Các sơ ñồ thường gặp:

CL1

BA2

BA2

BA2

BA1

BA1

BA1

CL1

CL2

CL1

CL2

CK

CK

CK§

§K2

§K1

§K2

§K1

CL2

CK

CK§

CK§

§K

T1

T2

§

CK

T3

A

U2a

T1

B

U2b

T2

C

U2c

T3

T4

CK §

§K

§K

a

~

T1

T2

T2

§

b c

CK T3

T4

T4

Hình 3.18 - Các sơ ñồ thường gặp hệ truyền ñộng T-ð không ñảo chiều. Vai trò của máy biến áp trong các sơ ñồ chỉnh lưu: - Biến ñổi ñiện áp phù hợp. - Cách ly với lưới ñiện xoay chiều và cải thiện dạng sóng. - Tạo ra ñiểm trung tính cần thiết (ñối với các sơ ñồ hình tia). Việc sử dụng máy biến áp trong mạch tùy thuộc vào sơ ñồ chỉnh lưu. GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

67

suu tam: [email protected] Vai trò của cuộn kháng CK: ðiện áp sau khi chỉnh lưu là một hàm tuần hoàn không sin. Khai triển Fourier ta sẽ ñược một hàm trong ñó có tồn tại các thành phần sóng hài bậc cao. Cuộn kháng CK dùng lọc các thành phần bậc cao ñó ñể lấy thành phần một chiều A0. f(t) = A0 + ΣAisiniωt + ΣBicosiωt Trong thực tế không thể lọc hết hoàn toàn các thành phần sóng hài bậc cao, do ñó còn tồn tại thành phần dòng ñiện xoay chiều chạy qua ñộng cơ làm ñộng cơ nóng hơn so với trường hợp làm việc trong hệ F-ð. b) Hệ thống T-ð có ñảo chiều

~ §K1

CB

CK

CB §

CB

CB CB

CB

CK

§

CB

CB

§K2

~

~ T

~

CK +

CK

N CK§

§ N

U §K

CK§ _

U §K

§

T

Hình 3.19 - Các sơ ñồ hệ truyền ñộng T-ð có ñảo chiều thường gặp. Có thể ñảo chiều ñộng cơ bằng hai cách: ðảo chiều ñiện áp phần ứng hoặc ñảo chiều từ thông kích từ. Trong các sơ ñồ ñảo chiều trên, cuộn kháng cân bằng CB dùng ñể chặn dòng ñiện cân bằng chảy qua hai bộ chỉnh lưu khi ñảo chiều.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

68

suu tam: [email protected] 3.5 ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện xoay chiều 3 pha KðB ðộng cơ ñiện xoay chiều ñược dùng rất phổ biến trong một dải công suất rộng vì có kết cấu ñơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, nguồn ñiện sẵn (lưới ñiện xoay chiều). Tuy nhiên, trong các hệ cần ñiều chỉnh tốc ñộ, ñặc biệt với dải ñiều chỉnh rộng thì ñộng cơ xoay chiều ñược sử dụng ít hơn ñộng cơ một chiều vì còn gặp nhiều khó khăn. Gần ñây, nhờ sự phát triển của kỹ thuật ñiện tử, bán dẫn, việc ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ xoay chiều không ñồng bộ ñã có nhiều khả năng tốt hơn. 3.5.1 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện trở phụ trong mạch rôto. Phương pháp này chỉ ñược sử dụng với ñộng cơ rotor dây quấn và ñược ứng dụng rất rộng rãi do tính ñơn giản của phương pháp. Sơ ñồ nguyên lý và các ñặc tính cơ khi thay ñổi ñiện trở phần ứng như hình 3.20.

~

ω ω0

tn nt1 nt2

0 R'2

Rp1 M

Mth

Mth Rp2

Hình 3.20 - Phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ KðB 3 pha bằng cách thay ñổi ñiện trở phụ trong mạch rôto. Nhận xét: - Phương pháp này chỉ cho phép ñiều chỉnh tốc ñộ về phía giảm. - Tốc ñộ càng giảm, ñặc tính cơ càng mềm, tốc ñộ ñộng cơ càng kém ổn ñịnh trước sự lên xuống của mômen tải. - Dải ñiều chỉnh phụ thuộc trị số mômen tải. Mômen tải càng nhỏ, dải ñiều chỉnh càng hẹp. - Khi ñiều chỉnh sâu (tốc ñộ nhỏ) thì ñộ trượt ñộng cơ tăng và tổn hao năng lượng khi ñiều chỉnh càng lớn. - Phương pháp này có thể ñiều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nên thường ñược ñiều chỉnh theo cấp. 3.5.2 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi ñiện áp ñặt vào mạch stato. Thực hiện phương pháp này với ñiều kiện giữ không ñổi tần số. ðiện áp cấp cho ñộng cơ lấy từ một bộ biến ñổi ñiện áp xoay chiều. BBð ñiện áp có thể là một máy biến áp tự ngẫu hoặc một BBð ñiện áp bán dẫn như ñược trình bày ở mục trước. Hình 3.21 trình bày sơ ñồ nối dây và các ñặc tính cơ khi thay ñổi ñiện áp phần cảm.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

69

suu tam: [email protected]

~

ω U2 U1 U®m

ω0

B§§A

U2

U2 Rp

U1

U1

U®m (Rp =0)

U®m

(Rp ≠0)

M

Hình 3.21 - Phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ KðB 3 pha bằng cách thay ñổi ñiện áp ñặt vào mạch stator. Nhận xét: - Thay ñổi ñiện áp chỉ thực hiện ñược về phía giảm dưới giá trị ñịnh mức nên kéo theo mômen tới hạn giảm nhanh theo bình phương của ñiện áp. - ðặc tính cơ tự nhiên của ñộng cơ không ñồng bộ thường có ñộ trượt tới hạn nhỏ nên phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ bằng cách giảm ñiện áp thường ñược thực hiện cùng với việc tăng ñiện trở phụ ở mạch rotor ñể tăng ñộ trượt tới hạn do ñó tăng ñược dải ñiều chỉnh lớn hơn. - Khi ñiện áp ñặt vào ñộng cơ giảm, mômen tới hạn của các ñặc tính cơ giảm, trong khi tốc ñộ không tải lý tưởng (hay tốc ñộ ñồng bộ) giữ nguyên nên khi giảm tốc ñộ thì ñộ cứng ñặc tính cơ giảm, ñộ ổn ñịnh tốc ñộ kém ñi. 3.5.3 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi tần số của nguồn xoay chiều. Thay ñổi tần số nguồn cấp cho ñộng cơ là thay ñổi tốc ñộ không tải lý tưởng nên thay ñổi ñược ñặc tính cơ. Tần số càng cao, tốc ñộ ñộng cơ càng lớn. Khi ñiều chỉnh tần số nguồn cấp cho ñộng cơ thì các thông số liên quan ñến tần số như cảm kháng thay ñổi, do ñó, dòng ñiện, từ thông,... của ñộng cơ ñều bị thay ñổi theo và cuối cùng các ñại lượng như ñộ trượt tới hạn, mômen tới hạn cũng bị thay ñổi. Chính vì vậy, ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ KðB bằng phương pháp thay ñổi tần số thường kéo theo ñiều chỉnh ñiện áp, dòng ñiện hoặc từ thông của mạch stator. ðặc tính cơ khi thay ñổi tần số nguồn ñược biểu diễn trên hình 2.30 (chương 2). Khi giảm tần số xuống dưới tần số ñịnh mức, cảm kháng của ñộng cơ cũng giảm và dòng ñiện ñộng cơ tăng lên. Tần số giảm, dòng ñiện càng lớn, mômen tới hạn càng lớn. ðể tránh cho ñộng cơ bị quá dòng, phải ñồng thời tiến hành giảm ñiện áp sao cho

U ~ const. ðó là luật ñiều chỉnh tần số - ñiện áp. Các ñặc f

tính cơ tuân theo luật này ñược biểu thị trên hình 2.31 (phần f < f®m). Khi f > f®m ta không thể tăng ñiện áp U > U®m nên các ñặc tính cơ không giữ ñược giá trị mômen tới hạn. Người ta cũng thường dùng cả luật ñiều chỉnh tần số - dòng ñiện.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

70

suu tam: [email protected] 3.5.4 ðiều chỉnh tốc ñộ bằng cách thay ñổi số ñôi cực của ñộng cơ. ðây là cách ñiều chỉnh tốc ñộ có cấp. ðặc tính cơ thay ñổi vì tốc ñộ ñồng bộ (ω0 =

2πf ) thay p

ñổi theo số ñôi cực. ðộng cơ thay ñổi ñược số ñôi cực là ñộng cơ ñược chế tạo ñặc biệt ñể cuộn dây stator có thể thay ñổi ñược cách nối tương ứng với các số ñôi cực khác nhau. Các ñầu dây ñể ñổi nối ñược ñưa ra các hộp ñấu dây ở vỏ ñộng cơ. Số ñôi cực của cuộn dây rotor cũng phải thay ñổi như cuộn dây stator. ðiều này khó thực hiện ñược ñối với ñộng cơ rotor dây quấn, còn ñối với rotor lồng sóc thì nó lại có khả năng tự thay ñổi số ñôi cực ứng với stator. Do vậy, phương pháp này ñược sử dụng chủ yếu cho ñộng cơ rotor lồng sóc. Các ñộng cơ chế tạo sẵn các cuộn dây stator có thể ñổi nối ñể thay ñổi số ñôi cực ñều có rotor lồng sóc. Tỷ lệ chuyển ñổi số ñôi cực có thể là 2:1, 3:1, 4:1 hay tới 8:1.

GV: Lê Tiến Dũng. Bộ môn TðH_Khoa ðiện

71

suu tam: [email protected]

CH¦¥NG 4

TÝNH CHäN C¤NG SUÊT §éNG C¥ CHO HÖ TRUYÒN §éNG ®iÖn

4.1 Những vấn ñề chung Nguồn ñộng lực trong một hệ thống Tðð là ñộng cơ ñiện. Các yêu cầu kỹ thuật, ñộ tin cậy trong quá trình làm việc và tính kinh tế của HT Tðð phụ thuộc chính vào sự lựa chọn ñúng ñộng cơ ñiện và phương pháp ñiều khiển ñộng cơ. Chọn một ñộng cơ ñiện cho một HT Tðð bao gồm nhiều tiêu chuẩn phải ñáp ứng: - ðộng cơ phải có ñủ công suất kéo. - Tốc ñộ phù hợp và ñáp ứng ñược phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ với một phương pháp ñiều chỉnh thích hợp. - Thỏa mãn các yêu cầu mở máy và hãm ñiện. - Phù hợp với nguồn ñiện năng sử dụng (loại dòng ñiện, cấp ñiện áp...). - Thích hợp với ñiều kiện làm việc (ñiều kiện thông thoáng, nhiệt ñộ, ñộ ẩm, khí ñộc hại, bụi bặm, ngoài trời hay trong nhà...). Tại sao phải chọn ñúng công suất ñộng cơ? Việc chọn ñúng công suất ñộng cơ có ý nghĩa rất lớn ñối với hệ Tðð. Nếu nâng cao công suất ñộng cơ chọn so với phụ tải thì ñộng cơ sẽ kéo dễ dàng nhưng giá thành ñầu tư tăng cao, hiệu suất kém và làm tụt hệ số công suất cosϕ của lưới ñiện do ñộng cơ chạy non tải. Ngược lại nếu chọn công suất ñộng cơ nhỏ hơn công suất tải yêu cầu thì ñộng cơ hoặc không kéo nổi tải hay kéo tải một cách nặng nề, dẫn tới các cuộn dây bị phát nóng quá mức, làm giảm tuổi thọ ñộng cơ hoặc làm ñộng cơ bị cháy hỏng nhanh chóng. Chọn công suất ñộng cơ như thế nào? Việc tính công suất ñộng cơ cho một hệ Tðð phải dựa vào sự phát nóng các phần tử trong ñộng cơ, ñặc biệt là các cuộn dây. Muốn vậy, tính công suất ñộng cơ phải dựa vào ñặc tính phụ tải và các quy luật phân bố phụ tải theo thời gian. ðộng cơ ñược chọn ñúng công suất thì khi làm việc bình thường cũng như khi quá tải ở mức cho phép, nhiệt ñộ ñộng cơ không ñược tăng quá trị số giới hạn cho phép τcp. 4.2 Phát nóng và nguội lạnh của ñộng cơ * Sự phát nóng: Trong quá trình làm việc, ñộng cơ lấy năng lượng P1 từ lưới ñiện, biến thành cơ năng P2 và một phần bị tổn hao mà chủ yếu là dưới dạng nhiệt: ∆P = P1 - P2. Do tổn hao này làm ñộng cơ nóng lên. Công suất tổn hao gồm 3 phần: - Tổn hao do ma sát ở các ổ bi và do rôto quay trong không khí. - Tổn hao trong sắt (tổn hao từ) tùy thuộc vào chất lượng của lõi sắt từ. - Tổn hao trong các cuộn dây (tổn hao ñồng) do cuộn dây bị ñốt nóng bởi hiệu ứng Jun.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

72

suu tam: [email protected] Trong ñó, tổn hao ñồng tỷ lệ với bình phương dòng ñiện nên thay ñổi theo phụ tải. ðó là tổn hao biến ñổi theo phụ tải ∆Pbñ = B.I2. Hai loại tổn hao ñầu gần như không thay ñổi theo phụ tải nên gọi là tổn hao không biến ñổi ∆Pkñ . ∆P = ∆Pkñ + ∆Pbñ = ∆Pkñ + B.I2. Khi nhiệt ñộ ñộng cơ lớn hơn nhiệt ñộ môi trường xung quanh thì ñộng cơ bắt ñầu tỏa nhiệt vào môi trường. Chênh lệch giữa nhiệt ñộ ñộng cơ τñc và nhiệt ñộ môi trường τmt càng lớn thì quá trình tỏa nhiệt vào môi trường diễn ra càng mạnh và sự tăng nhiệt ñộ của ñộng cơ càng chậm dần. Tới một nhiệt ñộ chênh lệch ∆τ nào ñó, nhiệt ñộ ñộng cơ không tăng ñược nữa mà ñạt một giá trị ổn ñịnh τôñ. Lúc này, nhiệt lượng sinh ra ở ñộng cơ trong một ñơn vị thời gian bằng nhiệt lượng từ ñộng cơ tỏa ra môi trường xung quanh. ðó là trạng thái cân bằng về nhiệt của ñộng cơ. Ứng với mỗi mômen tải, ñộng cơ làm việc ổn ñịnh với một giá trị nhiệt ñộ. Khi tải là ñịnh mức, ñộng cơ sẽ có nhiệt ñộ ổn ñịnh ñịnh mức. ðối với mỗi ñộng cơ, có một giá trị nhiệt ñộ cao nhất cho phép mà khi ñộng cơ làm việc, không ñược ñể nhiệt ñộ ñộng cơ tăng cao hơn nhiệt ñộ ñó. Nhiệt ñộ nóng cho phép τcp của ñộng cơ phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu cách ñiện dùng trong ñộng cơ. Nếu nhiệt ñộ ñộng cơ cao hơn nhiệt ñộ cho phép thì vật liệu sẽ bị dòn, giảm tuổi thọ, rạn nứt, cách ñiện kém hơn và có thể cháy, vỡ dẫn ñến hỏng, chập mạch ñộng cơ. ðể ñơn giản cho việc tìm quy luật về sự phát nóng của ñộng cơ, ta giả thiết ñộng cơ là một vật thể ñồng nhất, nhiệt ñộ giống nhau ở mọi ñiểm và dẫn truyền nhiệt tức thời (hệ số dẫn nhiệt rất lớn). Nếu nhiệt lượng sinh ra ở ñộng cơ trong một ñơn vị thời gian (1s) là ∆P (W) thì sau thời gian dt sẽ có một nhiệt lượng sinh ra là ∆P.dt (J). Một phần nhiệt lượng này làm ñộng cơ nóng lên, phần khác tỏa ra môi trường. (J) Phần nhiệt lượng làm nóng ñộng cơ là: C.d(∆τ) trong ñó: C - là nhiệt dung của ñộng cơ, tức là nhiệt lượng cần cấp cho ñộng cơ ñể ñộng cơ nóng thêm lên 1oC (J/oC). ∆τ - nhiệt ñộ chênh lệch giữa ñộng cơ và môi trường. Phần nhiệt lượng tỏa ra môi trường trong thời gian dt sẽ là: A.∆τ.dt (J) trong ñó: A- hệ số tỏa nhiệt, tức là nhiệt lượng mà ñộng cơ tỏa ra môi trường trong một ñơn vị thời gian khi chênh lệch nhiệt ñộ giữa ñộng cơ và môi trường là 1oC (W/oC). Hệ số tỏa nhiệt phụ thuộc vào ñiều kiện làm mát của ñộng cơ. ðiều kiện làm mát càng tốt thì hệ số tỏa nhiệt càng lớn. Ta có phương trình cân bằng nhiệt: ∆P.dt = C.d(∆τ) + A.∆τ.dt Giải phương trình vi phân ñối với ∆τ ta có: t ∆τ = ∆τ(0) + [∆τôñ - ∆τ(0)](1-exp( − )). (4.1) Tn t t ∆τ = ∆τôñ.[1-exp( − )] + ∆τ(0).exp( − ). (4.2) hay: Tn Tn trong ñó: ∆τ(0) - Chênh lệch nhiệt ñộ ban ñầu (thời ñiểm t = 0) giữa ñộng cơ và môi trường. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

73

suu tam: [email protected] ∆τôñ - Chênh lệch nhiệt ñộ giữa ñộng cơ và môi trường khi ñộng cơ làm việc ổn ñịnh về nhiệt. ∆P ∆τôñ = A Tn - hằng số thời gian phát nóng của ñộng cơ, tức là thời gian cần ñể tăng chênh lệch nhiệt ñộ giữa ñộng cơ và môi trường từ 0 tới trị số chênh lệch ổn ñịnh khi ñộng cơ không tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh. Phương trình trên cho thấy sự phát nóng của ñộng cơ diễn ra theo quy luật hàm mũ. * Sự nguội lạnh: Nếu ñộng cơ ñang nóng ở một nhiệt ñộ ban ñầu τbñ nào ñó mà ñộng cơ bị cắt khỏi nguồn ñiện thì ñộng cơ sẽ quay chậm lại rồi dừng và nguội dần. Bỏ qua nhiệt do lực ma sát chuyển ñộng chậm dần, lúc này ñộng cơ không sinh nhiệt (∆P = 0) và: ∆P ∆τôñ = = 0. A Phương trình (4.2) trở thành: t t ∆τ = ∆τ(0).exp( − ) = τbñ.exp( − ) (4.3) Tng Tng trong ñó Tn ñược thay bằng Tng gọi là hằng số thời gian nguội lạnh của ñộng cơ. Phương trình (4.3) gọi là phương trình ñường cong nguội lạnh của ñộng cơ. 4.3 Các chế ñộ làm việc của truyền ñộng ñiện Căn cứ vào ñặc tính phát nóng và nguội lạnh của máy ñiện, người ta chia chế ñộ làm việc của truyền ñộng thành 3 loại: Dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại. a) Chế ñộ dài hạn: ðó là chế ñộ làm việc của ñộng cơ có phụ tải duy trì trong thời gian dài, cho nên nhiệt ñộ của ñộng cơ ñủ thời gian ñạt tới trị số ổn ñịnh. Ví dụ: ðộng cơ làm việc ở chế ñộ dài hạn là các ñộng cơ kéo quạt gió, máy bơm, băng tải trong dây chuyền sản xuất, một số truyền ñộng chính trong máy gia công kim loại. P

P Pc

Pc

t 0

τ

τ

τ«®

τ«®

τmt= τo 0

t

0

to

t

tlv

τmt= τo

to

Hình 4.1 - Chế ñộ làm việc dài hạn.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

0

t to

Hình 4.2 - Chế ñộ làm việc ngắn hạn.

74

suu tam: [email protected] b) Chế ñộ ngắn hạn: ðó là chế ñộ làm việc mà do phụ tải của ñộng cơ duy trì trong thời gian ngắn, thời gian nghỉ dài, cho nên nhiệt ñộ ñộng cơ chưa kịp ñạt tới giá trị ổn ñịnh thì ñã giảm dần về giá trị ban ñầu. Ví dụ: ðộng cơ làm việc ở chế ñộ ngắn hạn là các ñộng cơ nâng hạ xà ở các máy cắt gọt kim loại lớn (máy tiện ñứng, máy phay giường, máy bào giường ...), ñộng cơ ñóng mở cửa ñập nước, ... c) Chế ñộ ngắn hạn lặp lại: Phụ tải làm việc có tính chất chu kỳ, thời gian làm việc và thời gian nghỉ xen kẻ nhau. Nhiệt ñộ ñộng cơ chưa kịp tăng ñến trị số ổn ñịnh thì ñược giảm do mất tải, và khi nhiệt ñộ ñộng cơ suy giảm chưa kịp về giá trị ban ñầu thì lại tăng lên do có tải. Quá trình tăng giảm nhiệt ñộ liên tục lặp ñi lặp lại và cuối cùng thì nhiệt ñộ ñộng cơ dao ñộng xung quanh một nhiệt ñộ ổn ñịnh trung bình τtb nào ñó giữa τmax và τmin. ðối với chế ñộ làm việc ngắn hạn lặp lại của ñộng cơ, có một hệ số ñặc trưng là hệ số thời gian ñóng ñiện tương ñối (hay hệ số tiếp ñiện tương ñối). Hệ số thời gian ñóng ñiện tương ñối là tỷ số % giữa thời gian làm việc (tlv) và thời gian một chu kỳ làm việc (tck). t ε% = lv .100% t c.ky Trong ñó: tlv : Là thời gian làm việc có tải. tc.ky = tlv + tnghỉ : Là thời gian của một chu kỳ. Pc Pc

t

Hình 4.3 - Chế ñộ làm việc ngắn hạn lặp lại.

0

tlv to tck τ«® τtb

τmt= τo

τ max τ min t

0

Tiêu chuẩn thông thường của thời gian ñóng ñiện tương ñối của các ñộng cơ làm việc ở chế ñộ ngắn hạn lặp lại là: 15%, 25%, 40% và 60%. Ví dụ: ðộng cơ làm việc ở chế ñộ ngắn hạn lặp lại là các ñộng cơ nâng hạ, truyền ñộng xe con và xe cầu ở cầu trục, các ñộng cơ kéo tời, ...

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

75

suu tam: [email protected] 4.4 Tính chọn công suất ñộng cơ cho những truyền ñộng không ñiều chỉnh tốc ñộ ðể chọn công suất ñộng cơ, chúng ta cần phải biết ñồ thị phụ tải MC(t) và PC(t) ñã quy ñổi về trục ñộng cơ và giá trị tốc ñộ yêu cầu. Từ biểu ñồ phụ tải, ta tính chọn sơ bộ ñộng cơ theo công suất; tra ở trong sổ tay tra cứu ta có ñầy ñủ tham số của ñộng cơ. Từ ñó tiến hành xây dựng ñồ thị phụ tải chính xác (trong các chế ñộ tĩnh, khởi ñộng và hãm). Dựa vào ñồ thị phụ tải chính xác, tiến hành kiểm nghiệm ñộng cơ ñã chọn. 4.4.1 Chọn công suất ñộng cơ làm việc dài hạn ðộng cơ làm việc ở chế ñộ dài hạn ñược ñóng ñiện liên tục. Phụ tải của ñộng cơ có thể là phụ tải dài hạn không ñổi hoặc phụ tải dài hạn biến ñổi. a) Phụ tải dài hạn không ñổi hoặc thay ñổi rất ít: ðộng cơ cần chọn phải có công suất ñịnh mức không nhỏ hơn công suất phụ tải Pñm ≥ Pc và ωñm phù hợp với tốc ñộ yêu cầu. Thông thường cần chọn : Pñm = (1÷1,3)Pc. Trong trường hợp này việc kiểm nghiệm ñộng cơ ñơn giản: Không cần kiểm nghiệm quá tải về mômen, nhưng cần phải kiểm nghiệm ñiều kiện khởi ñộng và phát nóng.

Pc

Mc

M2

M2 M4

Mc

M1

Pc

M6 M3

M1

M5

t

0

t1 t2 t3

t ck

t

0

a)

t n to t1

b)

Hình 4.4 - ðồ thị phụ tải: a) Phụ tải dài hạn không ñổi; b) Phụ tải dài hạn biến ñổi. b) Phụ tải dài hạn biến ñổi: ðể chọn ñược ñộng cơ phải xuất phát từ ñồ thị phụ tải tính ra giá trị trung bình của mômen hoặc công suất. n

n

∑ Mi t i Mtb =

0 n

∑ Pt

i i

,

Ptb =

∑ ti 0

0 n

∑t

i

0

ðộng cơ chọn phải có: Mñm = (1÷1,3)Mtb hoặc Pñm = (1÷1,3)Ptb. ðiều kiện kiểm nghiệm: kiểm nghiệm phát nóng, quá tải về mômen và khởi ñộng. ðiều kiện quá tải: Mñm.kM ≥ Mc.max GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

76

suu tam: [email protected] ðiều kiện mở máy: Mñm.kmm ≥ Mco 4.4.2 Chọn công suất ñộng cơ làm việc ngắn hạn Trong công nghiệp, người ta chế tạo ra các loại ñộng cơ chuyên dụng ñể phục vụ ở chế ñộ ngắn hạn với các thời gian làm việc tiêu chuẩn là 15, 30, 60 và 90 phút. Khi chọn ñộng cơ làm việc ở chế ñộ ngắn hạn có thể sử dụng ñộng cơ dài hạn hoặc sử dụng ñộng cơ chuyên dùng cho chế ñộ làm việc ngắn hạn. Phụ tải ngắn hạn có thể là phụ tải ngắn hạn không ñổi hoặc phụ tải ngắn hạn biến ñổi. a) Chọn ñộng cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: Trong trường hợp không có ñộng cơ chuyên dụng cho chế ñộ ngắn hạn, ta có thể chọn các ñộng cơ thông thường chạy dài hạn ñể làm việc trong chế ñộ ngắn hạn. Nếu chọn ñộng cơ dài hạn theo phương pháp thông thường có Pñm = (1÷1,3)Pc thì khi làm việc ngắn hạn trong khoảng thời gian tlv nhiệt ñộ ñộng cơ mới tăng theo ñường 1 tới nhiệt ñộ τ1 ñã nghỉ làm việc và sau ñó hạ nhiệt ñộ theo ñường 2 ñến nhiệt ñộ môi trường τmt. P

Rõ ràng việc này gây lãng phí vì không tận dụng hết khả năng chịu nhiệt (tới nhiệt ñộ

Pc

τôñ) của ñộng cơ.

t

0

tlv

τ

τ«' ®

τ«® 3

τ1 1

2

τmt= τo 0

t

Vì vậy khi dùng ñộng cơ dài hạn ñể làm việc ở chế ñộ ngắn hạn, cần chọn công suất ñộng cơ nhỏ hơn ñể ñộng cơ phải làm việc quá tải trong thời gian ñóng ñiện tlv. ðường cong tăng nhiệt ñộ khi quá tải sẽ là ñường 3. ðộng cơ sẽ tăng nhiệt ñộ nhanh hơn nhưng khi kết thúc thời gian làm việc, nhiệt ñộ của ñộng cơ không ñược quá nhiệt ñộ τôñ cho phép.

to

ðể chọn một ñộng cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn, ta cần làm theo các bước sau: - Giả thiết một hệ số quá tải k. - Khi ñó, dựa vào công suất làm việc yêu cầu Plv ta có thể chọn sơ bộ công suất ñộng cơ dài hạn sử dụng: ðối với phụ tải ngắn hạn không ñổi: Pñm =

Plv M hoặc Mñm = lv k k

ðối với phụ tải biến ñổi: Pdt M hoặc Mñm = dt k k Các ñại lượng ñẳng trị: Pñt và Mñt ñược tính:

Pñm =

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

77

suu tam: [email protected] n

n

∑ M 2j .t j Mñt =

j

∑P

2 j

và Pñt =

n

.t j

j n

∑t j

∑t

j

j

j

- Từ ñó có thể xác dịnh sơ bộ thời gian làm việc tlv.tt của ñộng cơ vừa chọn. ðộng cơ vừa chọn sơ bộ phải ñáp ứng ñược yêu cầu: Phát nóng của ñông cơ ñạt giá trị cho phép (ñường 1):

∆τ ôñ .cf =

∆Pñm ∆Pkñ .ñm + ∆Pbñ .ñm = Añm Añm

∆Pkñ.ñm : Tổn thất không ñổi ñịnh mức. ∆Pbñ.ñm : Tổn thất biến ñổi ñịnh mức. Giá trị phát nóng ổn ñịnh khi ñộng cơ làm việc với công suất Plv (làm việc quá tải) theo ñường 3 là: ∆τ 'ôñ =

∆Plv ∆Pkñ .ñm + k 2 .∆Pbñ .ñm = Añm Añm

Xuất phát từ ñường cong phát nóng 3, ta có thể xác ñịnh ñược: ' ∆τ max = τ ôñ .cf = ∆τ ôñ (1 − e − tlv / Tn )

- ðặt γ =

∆Pkñ .ñm , sau khi biến ñổi ta có: ∆Pbñ .ñm

M lv = M ñm

γ +1 1 − e −tlv / Tn

−γ

(*)

Giá trị Mlv tìm ñược ở trên không ñược vượt quá giá trị cho phép theo ñiều kiện về quá tải mômen của ñộng cơ. Từ biểu thức (*) ở trên có thể tìm ñược thời gian làm việc, trong thời gian này, ñộng cơ có thể làm việc với mômen làm việc Mlv: 2 .M lv 1 M ñm . 2 2 Tn M lv − M ñm - Việc tính chọn ñó ñược lặp ñi lặp lại nhiều lần sao cho thời gian làm việc tính toán tlv.tt phù hợp với thời gian làm việc ngắn hạn yêu cầu tlv.yc. Nếu tlv.tt lớn hơn (hay nhỏ hơn) thời gian làm việc ngắn hạn yêu cầu tlv.yc thì phải tăng (hay giảm) hệ số quá tải giả thiết k và tính lại.

t lv.tt =

b) Chọn ñộng cơ ngắn hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn:

Với phụ tải ngắn hạn không ñổi, ñộng cơ ñược chọn cần thỏa mãn ñiều kiện: Mñm = (1,1 ÷ 1,3).MC hoặc:

Pñm = (1,1 ÷ 1,3).PC

với thời gian làm việc tiêu chuẩn bằng hoặc lớn hơn chút ít thời gian làm việc thực: Ttc ≥ tlv

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

78

suu tam: [email protected] Với phụ tải ngắn hạn biến ñổi, cần tính mômen hoặc công suất ñẳng trị rồi chọn ñộng cơ thỏa mãn: Mñm = (1,1 ÷ 1,3).Mñt Pñm = (1,1 ÷ 1,3).Pñt với thời gian làm việc tiêu chuẩn bằng hoặc lớn hơn chút ít tổng thời gian làm việc thực: Ttc ≥ ∑tlvi 4.4.3 Chọn công suất ñộng cơ làm việc ngắn hạn lặp lại Phụ tải ngắn hạn lặp lại cũng có thể là không ñổi hoặc biến ñổi. Nhiệt ñộ của ñộng cơ sau một thời gian sẽ ñạt một giá trị trung bình giữa 2 nhiệt ñộ τmax và τmin. Cũng tương tự như trong trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta có thể chọn ñộng cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hoặc chọn ñộng cơ chuyên dụng ngắn hạn lặp lại. Chọn ñộng cơ chuyên dụng làm việc ở chế ñộ ngắn hạn lặp lại: ðộng cơ ngắn hạn lặp lại, ñược chế tạo chuyên dụng có ñộ bền cơ khí cao, quán tính nhỏ (ñể ñảm bảo chế ñộ khởi ñộng và hãm thường xuyên) và khả năng quá tải lớn (từ 2,5÷3,5). ðồng thời ñược chế tạo chuẩn với thời gian ñóng ñiện ε% = 15%, 25%, 40% và 60%. ðộng cơ ñược chọn cần ñảm bảo 2 tham số: Pñm chọn ≥ Plv ε%ñm chọn phù hợp với ε% làm việc. Trong trường hợp εlv% không phù hợp với ε%ñm chọn thì cần hiệu chỉnh lại công suất ñịnh mức theo công thức: Pñm chọn = Plv

ε lv % ε % dm.chon

Sau ñó phải kiểm tra về mômen quá tải, mômen khởi ñộng và phát nóng. Chọn ñộng cơ dài hạn làm việc ở chế ñộ ngắn hạn lặp lại: Trường hợp này, ñộng cơ chạy dài hạn ñược chọn với công suất nhỏ hơn ñể tận dụng khả năng chịu nhiệt. ðộng cơ chạy dài hạn ñược coi là có thời gian ñóng ñiện tương ñối 100% nên công suất ñộng cơ cần chọn sẽ là: Pñm.chọn = Plv

ε lv % 100%

4.5 Tính chọn công suất ñộng cơ cho truyền ñộng có ñiều chỉnh tốc ñộ ðể tính chọn công suất ñộng cơ trong trường hợp này cần phải biết những yêu cầu cơ bản sau: a) ðặc tính phụ tải Pyc(ω), Myc(ω) và ñồ thị phụ tải: Pc(t), Mc(t), ω(t); b) Phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ: ωmax và ωmin. c) Loại ñộng cơ (một chiều hoặc xoay chiều) dự ñịnh chọn. d) Phương pháp ñiều chỉnh và bộ biến ñổi trong hệ thống truyền ñộng cần phải ñịnh hướng xác ñịnh trước. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

79

suu tam: [email protected] Hai yêu cầu trên nhằm xác ñịnh những tham số Pycmax và Mycmax. Ví dụ ñối với phụ tải truyền ñộng yêu cầu trong phạm vi ñiều chỉnh, P = hằng số. Ta có công suất yêu cầu cực ñại Pmax=Pñm = const, nhưng mômen yêu cầu cực ñại lại phụ thuộc vào phạm vi ñiều chỉnh Mmax=

Pdm

ω min

.

ðối với phụ tải truyền ñộng yêu cầu trong phạm vi ñiều chỉnh M = const. Ta có công suất yêu cầu cực ñại Pmax=Mñm.ωmax. Hai yêu cầu về loại ñộng cơ và loại truyền ñộng có ý nghĩa ñặc biệt quan trọng. Nó xác ñịnh kích thước công suất lắp ñặt truyền ñộng, bởi vì hai yêu cầu này cho biết hiệu suất truyền ñộng và ñặc tính ñiều chỉnh Pñc(ω), Mñc(ω) của truyền ñộng. Thông thường các ñặc tính này thường phù hợp với ñặc tính phụ tải yêu cầu Pyc(ω), Myc(ω). Tuy vậy có trường hợp, người ta thiết kế hệ truyền ñộng có ñặc tính ñiều chỉnh không phù hợp chỉ vì mục ñích ñơn giản cấu trúc ñiều chỉnh. Ví dụ: ðối với tải P = const, khi sử dụng ñộng cơ một chiều, phương pháp ñiều chỉnh thích hợp là ñiều chỉnh từ thông kích từ. Nhưng ta dùng phương pháp ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng thì khi tính chọn công suất ñộng cơ cần phải xét yêu cầu Mmax. Như vậy công suất ñộng cơ lúc ñó không phải là Pñm = Pyc mà là: P1ñm = Mmax.ωmax =

ω max .Py / c = D.Py/c ω min

Như vậy công suất ñặt sẽ lớn hơn D lần so với Py/c. Mặt khác việc tính chọn công suất ñộng cơ còn phụ thuộc vào phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ, ví dụ cùng một loại ñộng cơ như ñộng cơ không ñồng bộ, mỗi phương pháp ñiều chỉnh khác nhau có ñặc tính hiệu suất truyền ñộng khác nhau, phương pháp ñiều chỉnh ñiện áp dùng Thyristor có hiệu suất thấp so với phương pháp ñiều chỉnh tần số dùng bộ biến ñổi Thyristor. Vì vậy khi tính chọn công suất ñộng cơ bắt buộc phải xét tới tổn thất công suất ∆P và tiêu thụ công suất phản kháng Q trong suốt dải ñiều chỉnh. Do vậy việc tính chọn công suất ñộng cơ cho truyền ñộng có ñiều chỉnh tốc ñộ cần gắn với một hệ truyền ñộng cho trước ñể có ñầy ñủ các yêu cầu cơ bản cho việc tính chọn. 4.6 Kiểm nghiệm công suất ñộng cơ Việc tính chọn công suất ñộng cơ ở các phần trên ñược coi là giai ñoạn chọn sơ bộ ban ñầu. ðể khẳng ñịnh chắc chắn việc tính chọn ñó là chấp nhận ñược ta cần kiểm nghiệm lại việc tính chọn ñó. Yêu cầu về kiểm nghiệm việc tính chọn công suất ñộng cơ gồm có: - Kiểm nghiệm phát nóng: ∆υ ≤ ∆υcf. - Kiểm nghiệm quá tải về mômen: Mñm.ñcơ > Mcmax - Kiểm nghiệm mômen khởi ñộng: Mkñ. ñcơ ≥ Mc mở máy Ta thấy rằng việc kiểm nghiệm theo yêu cầu quá tải về mômen và mômen khởi ñộng có thể thực hiện dễ dàng. Riêng về yêu cầu kiểm nghiệm phát nóng là khó khăn, không thể tính toán phát nóng ñộng cơ một cách chính xác ñược (vì tính toán phát nóng của ñộng cơ là bài toán phức tạp). GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

80

suu tam: [email protected]

CH¦¥NG 5

C¸C PHÇN Tö KHèNG CHÕ Tù §éNG TRUYÒN §éNG §IÖN

Các phần tử khống chế là các phần tử tham gia vào mạch khống chế ñể khống chế một hệ Tðð với chức năng ñiều khiển hoặc bảo vệ. Khống chế có thể là bằng tay hoặc tự ñộng. Mỗi phần tử khống chế có thể chỉ giữ chức năng ñiều khiển hoặc chức năng bảo vệ hoặc giữ ñồng thời cả hai chức năng. 5.1 Các phần tử bảo vệ 5.1.1 Cầu chảy Cầu chảy là một loại khí cụ dùng ñể bảo vệ cho thiết bị ñiện và tránh lưới ñiện khỏi dòng ñiện ngắn mạch (hay còn gọi là ñoản mạch, chập mạch). Bộ phận cơ bản của cầu chảy là dây chảy. Dây chảy thường làm bằng các chất có nhiệt ñộ nóng chảy thấp. Với những dây chảy trong mạch có dòng ñiện làm việc lớn, có thể làm bằng các chất có nhiệt ñộ nóng chảy cao nhưng tiết diện nhỏ thích hợp. Dây chảy thường là những dây chì tiết diện tròn hoặc bằng các lá chì, kẽm, hợp kim chì thiếc, nhôm hay ñồng ñược dập, cắt theo các hình dạng như hình 5.1. Dây chảy ñược kẹp chặt bằng vít vào ñế cầu chảy, có nắp cách ñiện ñể tránh hồ quang bắn tung tóe ra xung quanh khi dây chảy ñứt. t(s)

l

0

Hình 5.1 - Một số hình dạng dây chảy lá.

K i®m

igh

2 1 3 I(A)

Hình 5.2 - ðặc tính A-s của dây chảy.

ðặc tính cơ bản của dây chảy là ñặc tính thời gian - dòng ñiện A-s như ñường 1 hình 5.2. Dòng ñiện qua dây chảy càng lớn, thời gian chảy ñứt càng nhỏ. ðể bảo vệ ñược ñối tượng cần bảo vệ với một dòng ñiện nào ñó trong mạch, dây chảy phải ñứt trước khi ñối tượng bị phá huỷ. Do ñó, ñường ñặc tính A - s của dây chảy là ñường 1 phải nằm dưới ñặc tính của ñối tượng cần bảo vệ (ñường 2). Thực tế thì dây chảy thường có ñặc tính như ñường 3. Như vậy trong miền quá tải lớn, ñường 3 thấp hơn ñường 2 thì cầu chảy bảo vệ ñược ñối tượng. Ngược lại trong miền quá tải nhỏ (1,5÷2)Iñm, cầu chảy không bảo vệ ñược ñối tượng, trường hợp này dòng quá tải nhỏ, sự phát nóng của dây chảy tỏa ra môi trường là chủ yếu nên không ñủ làm chảy dây. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

81

suu tam: [email protected] Trị số dòng ñiện mà dây chảy ñứt ñược gọi là dòng ñiện giới hạn. Rõ ràng cần có Igh > I®m ñể dây chảy không bị ñứt khi làm việc với dòng ñiện ñịnh mức.

CC - ðối với dây chảy chì:

I gh I dm

= (1,25 ÷ 1,45)

- Dây chảy hợp kim chì thiếc: - Dây chảy ñồng:

I gh I dm

I gh I dm

= 1,15

Hình 5.3 - Ký hiệu cầu chảy trên sơ ñồ ñiện.

= (1,6 ÷ 2)

5.1.2 Rơle nhiệt Rơle nhiệt là phần tử dùng ñể bảo vệ các thiết bị ñiện (ñộng cơ) khỏi bị quá tải. Rơle nhiệt có dòng ñiện làm việc tới vài trăm Ampe, ở lưới ñiện một chiều tới 440V và xoay chiều tới 500V, tần số 50Hz. Nguyên lý cấu tạo của rơle nhiệt ñược biểu diễn ở hình 5.4. Mạch lực cần bảo vệ quá tải ñược mắc nối tiếp với phần tử ñốt nóng 1. Khi có dòng ñiện phụ tải chảy qua, phần tử ñốt nóng 1 sẽ nóng lên và tỏa nhiệt ra xung quanh. Băng kép 2 khi bị ñốt nóng sẽ cong lên trên, rời khỏi ñầu trên của ñòn xoay 3. Lò xo 6 sẽ kéo ñòn xoay 3 ngược chiều kim ñồng hồ. ðầu dưới ñòn xoay 3 sẽ quay sang phải và kéo theo thanh cách ñiện 7. Tiếp ñiểm thường ñóng 4 mở ra, cắt mạch ñiều khiển ñối tượng cần bảo vệ.

Hình 5.4 - Nguyên lý cấu tạo và làm việc của rơle nhiệt. Khi sự cố quá tải ñã ñược giải quyết, băng kép 2 nguội và cong xuống nhưng chỉ tỳ lên ñầu trên của ñòn xoay 3 nên tiếp ñiểm 4 không thể tự ñóng lại ñược. Muốn rơle hoàn toàn trở về trạng thái ban ñầu ñể tiếp tục nhiệm vụ bảo vệ quá tải, phải ấn nút hồi phục 5 ñể ñẩy ñòn xoay 3 quay thuận chiều kim ñồng hồ và ñầu tự do của băng kép sẽ tụt xuống giữ ñòn xoay 3 ở vị trí ñóng tiếp ñiểm 4. ðặc tính thời gian - dòng ñiện (A-s): Dòng ñiện quá tải càng lớn thì thời gian tác ñộng của rơle nhiệt càng ngắn.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

82

suu tam: [email protected] t

Hình 5.6 - Ký hiệu của rơle nhiệt. a) Phần tử ñốt nóng; b) tiếp ñiểm thường ñóng có nút hồi phục.

RN

0

i i®m

a)

b)

Hình 5.5 - ðặc tính thời gian dòng ñiện của rơle nhiệt. Trong thực tế sử dụng, dòng ñiện ñịnh mức của rơle nhiệt thường ñược chọn bằng dòng ñiện ñịnh mức của ñộng cơ ñiện cần ñược bảo vệ quá tải, sau ñó chỉnh ñịnh giá trị của dòng ñiện tác ñộng là:

Itñ = (1,2 ÷ 1,3)Iñm

Tác ñộng của rơle nhiệt bị ảnh hưởng của môi trường xung quanh, khi nhiệt ñộ môi trường xung quanh tăng, rơle nhiệt sẽ tác ñộng sớm hơn nghĩa là dòng ñiện tác ñộng bị giảm. Khi ñó cần phải hiệu chỉnh lại Itñ. Rơle bảo vệ quá nhiệt loại LR9F của hãng Schneider Electric: + Sơ ñồ nối bảo vệ (cho ñộng cơ xoay chiều):

(1) Thiết bị ngắt khi quá tải nhiệt; (2) Báo ñộng quá nhiệt; (3) ðặt (ñiều chỉnh) dòng ñiện. (4) Mạch chuyên dụng.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

83

suu tam: [email protected]

5.1.3 Áptômat Áptômat là khí cụ ñiện ñóng mạch bằng tay và cắt mạch tự ñộng khi có sự cố như: Quá tải, ngắn mạch, sụt áp... ðôi khi trong kỹ thuật cũng sử dụng áptômat ñể ñóng cắt không thường xuyên các mạch ñiện làm việc ở chế ñộ bình thường. Kết cấu các áptômat rất ña dạng và ñược chia theo chức năng bảo vệ: áptômat dòng ñiện cực ñại, áptômat dòng ñiện cực tiểu, áptômat ñiện áp thấp, áptômat công suất ngược... Hình 5.7 trình bày nguyên lý làm việc của một áptômat dòng ñiện cực ñại. Áptômat dòng ñiện cực ñại ñược dùng ñể bảo vệ mạch ñiện khi quá tải và khi ngắn mạch.

Hình 5.7 - Nguyên lý làm việc của aptômát dòng ñiện cực ñại.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

Hình 5.8 - Ký hiệu của aptômát trên sơ ñồ ñiện.

84

suu tam: [email protected] Sau khi ñóng áptômat bằng tay, áptômat cấp ñiện cho mạch cần ñược bảo vệ. Lúc này mấu của các chốt ở ñầu cần 4 và ñòn 5 móc vào nhau ñể giữ tiếp ñiểm ñộng tỳ vào tiếp ñiểm tĩnh. Khi dòng ñiện vượt quá chỉ số chỉnh ñịnh của áptômat qua lực căng của lò xo 3, cuộn ñiện từ 1 nối tiếp với mạch lực sẽ ñủ lực, thắng lực cản của lò xo 3 và hút nắp từ ñộng 2, làm cần 4 quay nhả móc chốt. Lò xo 6 kéo rời tiếp ñiểm ñộng ra khỏi tiếp ñiểm tĩnh ñể cắt mạch. Chỉnh ñịnh dòng ñiện cực ñại có thể bằng nhiều cách, chẳng hạn qua chỉnh lực căng lò xo 3 tăng theo dòng ñiện cực ñại mà áptômat phải cắt. Ký hiệu của áptômat trên sơ ñồ ñiện như hình 5.8. 5.2 Các phần tử ñiều khiển 5.2.1 Công tắc Công tắc là khí cụ ñóng - cắt bằng tay hoặc bằng tác ñộng cơ khí ở lưới ñiện hạ áp. Công tắc có loại thường hở hoặc thường kín, có loại dùng ñể ñóng cắt trực tiếp mạch chiếu sáng hay mạch ñộng lực có công suất nhỏ, có loại chỉ dùng trong mạch ñiều khiển. Hình dáng, cấu tạo của công tắc rất ña dạng song về nguyên lý ñều có các tiếp ñiểm ñộng và tĩnh mà ở vị trí này của công tắc thì tiếp ñiểm ñộng tiếp xúc với tiếp ñiểm tĩnh, còn ở vị trí khác thì tiếp ñiểm ñộng rời khỏi tiếp ñiểm tĩnh. Do vậy, mạch ñiện ñược nối thông hoặc bị cắt tuỳ theo vị trí của công tắc. Số các tiếp ñiểm của các loại công tắc cũng nhiều ít khác nhau tuỳ theo mục ñích sử dụng. Việc ñóng cắt các tiếp ñiểm cũng có thể theo các nguyên tắc cơ khí khác nhau: có loại lẫy, có loại xoay.. CT

a)

NO

NC

b)

Hình 5.9 - Ký hiệu tiếp ñiểm công tắc trên sơ ñồ ñiện. a) Tiếp ñiểm công tắc; b) Tiếp ñiểm công tắc hành trình. Công tắc hành trình ñược lắp ñặt tại một vị trí trên hành trình nào ñó trong một hệ Tðð ñể ñóng, cắt mạch ñiều khiển. Nó ñược dùng ñể ñiều khiển Tðð theo vị trí hoặc ñể bảo vệ, ñảm bảo an toàn cho một chuyển ñộng ở cuối hành trình. Một số loại công tắc hành trình của hãng Schneider:

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

85

suu tam: [email protected] 5.2.2 Nút ấn Nút ấn (hay nút bấm, nút ñiều khiển) dùng ñể ñóng-cắt mạch ở lưới ñiện hạ áp. Nút ấn thường ñược dùng ñể ñiều khiển các rơle, côngtắctơ, chuyển ñổi mạch tín hiệu, bảo vệ... Sử dụng phổ biến nhất là dùng nút ấn trong mạch ñiều khiển ñộng cơ ñể mở máy, dừng và ñảo chiều quay. Hình 5.10 trình bày kết cấu 1 số nút ấn và kí hiệu của chúng trên bản vẽ ñiện.

a)

b) Hình 5.10 - a) Nguyên lý cấu tạo của nút ấn thường ñóng, thường mở, và kết hợp; b) Ký hiệu nút ấn thường mở, thường ñóng. Một số loại nút ấn thường ñóng dùng trong mạch bảo vệ hoặc mạch dừng còn có chốt khóa. Khi bị ấn, nút tự giữ trạng thái bị ấn. Muốn xóa trạng thái này, phải xoay nút ñi một góc nào ñó. 5.2.3 Cầu dao Cầu dao là khí cụ ñóng-cắt mạch ñiện bằng tay ở lưới ñiện hạ áp. Cầu dao là khí cụ ñiện phổ biến trong dân dụng và trong công nghiệp và ñược dùng ở mạch công suất nhỏ với số lần ñóng cắt rất nhỏ. Khi ngắt cầu dao, thường xảy ra hồ quang mạnh. ðể dập tắt hồ quang nhanh, cần phải kéo lưỡi dao ra khỏi kẹp nhanh. Tốc ñộ kéo tay không thể nhanh ñược nên người ta làm thêm lưỡi dao phụ như hình ... Lưỡi dao phụ 3 cùng lưỡi dao chính 1 kẹp trong kẹp 2 lúc ñầu dẫn ñiện. Khi ngắt, tay kéo lưỡi dao chính 1 ra trước còn lưỡi dao phụ 3 vẫn bị kẹp lại trong kẹp 2. Lò xo 4 bị kéo căng và tới một mức nào ñó sẽ bật nhanh, kéo lưỡi dao phụ 3 ra khỏi kẹp 2. Do vậy, hồ quang sẽ bị kéo dài nhanh và bị dập tắt trong thời gian ngắn. Cầu dao có thể là một cực, hai cực hoặc ba, bốn cực và có thể ñóng chỉ về một ngả hoặc ñóng về hai ngả. Ký hiệu các cầu dao như trên hình vẽ... Cầu dao ñược phân loại theo ñiện áp (250V, 500V,..), theo dòng ñiện (5A, 10A,..) và có loại hở, có loại có hộp bảo vệ. Cầu dao thường dùng kết hợp với cầu chảy ñể bảo vệ khỏi ngắn mạch.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

86

suu tam: [email protected]

Hình 5.11 - Cầu dao 2 cực.

Hình 5.12 - Cầu dao có lưỡi dao phụ.

CD CC

Hình 5.13 - Ký hiệu cầu dao trên sơ ñồ ñiện. 5.2.4 Bộ khống chế Bộ khống chế là khí cụ dùng ñể ñiều khiển gián tiếp (qua mạch ñiều khiển) hoặc ñiều khiển trực tiếp (qua mạch ñộng lực) các thiết bị ñiện. Bộ khống chế ñiều khiển gián tiếp còn gọi là bộ khống chế từ hay khống chế chỉ huy. Bộ khống chế ñiều khiển trực tiếp còn gọi là bộ khống chế ñộng lực. Bộ khống chế là khí cụ ñóng-cắt ñồng thời nhiều mạch (ñiều khiển hoặc ñộng lực hoặc cả ñiều khiển lẫn ñộng lực) nhờ tay quay hay vô lăng quay ñể ñiều khiển một quá trình nào ñó như mở máy, ñiều chỉnh tốc ñộ, ñảo chiều, hãm ñiện... Về nguyên lý có hai loại bộ khống chế: - Bộ khống chế ñộng lực khi mà các tiếp ñiểm của nó ñóng - cắt trực tiếp các phần tử trong mạch ñộng lực của hệ truyền ñộng. Nó thường dùng ñể khống chế các ñộng cơ truyền ñộng các cơ cấu máy sản xuất có công suất nhỏ với chế ñộ làm việc nhẹ nhàng hoặc trung bình. - Bộ khống chế từ gồm bộ khống chế chỉ huy và hệ thống rơle và côngtăctơ. Các tiếp ñiểm của bộ khống chế chỉ huy ñóng – cắt các phần tử trong mạch lực của hệ truyền ñộng một cách gián tiếp thông qua hệ thống tiếp ñiểm của các phần tử trung gian như rơle và côngtăctơ. Bộ khống chế từ thường dùng ñể ñiều khiển các ñộng cơ truyền ñộng các cơ cấu máy sản xuất có công suất trung bình và lớn làm việc trong chế ñộ nặng nề và rất nặng nề với số lần ñóng cắt ñiện lớn (hơn 600 lần/giờ).

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

87

suu tam: [email protected] Ngoài ra bộ khống chế ñược chia ra theo dòng ñiện một chiều hoặc xoay chiều và tuỳ theo cấu tạo còn có bộ khống chế hình trống hay bộ khống chế hình cam. Hình 5.14 trình bày nguyên lý cấu tạo một bộ khống chế hình trống. Tang trống 1 có trục quay 2 ñược quay từng vị trí nhờ vôlăng 3. Trên tang trống có gắn các ñoạn vành trượt 4 (vành tiếp xúc ñộng). Các vành này có thể ñược nối với nhau bằng thanh nối 6. Do vậy mà các má ñồng tiếp xúc tĩnh 7 và 8 gắn trên thanh 11 có thể ñược nối liền mạch qua hai vành tiếp xúc ñộng 4 và 5 ở một góc quay tương ứng nào ñó. Vị trí quay ñược chỉ trên ñĩa chia ñộ cố ñịnh 12.

b) 3'

2'

0

1'

1

7

8

9

10

2

3

a)

Hình 5.14 - Bộ khống chế hình trống: a) Cấu tạo; b) Sơ ñồ tiếp ñiểm. Sơ ñồ nối tiếp ñiểm cho trên hình 5.14b. Các dấu chấm chỉ rõ vị trí của bộ khống chế mà các tiếp ñiểm tương ứng ñược nối thông. Những tiếp ñiểm không có dấu chấm thì các tiếp ñiểm bị mở. Ví dụ như trên hình 5.14b thì tiếp ñiểm 9,10 ñược nối thông tại các vị trí 3', 0, 1, 2 và 3. Bộ khống chế hình trống có kết cấu cồng kềnh, phức tạp và chương trình ñóng-ngắt tiếp ñiểm không thay ñổi ñược. Bộ khống chế hình cam khắc phục ñược một phần nhược ñiểm trên. Hình 5.15 cho nguyên lý cấu tạo của một bộ khống chế hình cam kiểu vôlăng. Cấu tạo của nó gồm nhiều ñơn nguyên (hình 5.15b) lắp trên trục gắn với vôlăng quay có vỏ bảo vệ bằng ximăng amiăng 3. Cấu tạo của một ñơn nguyên gồm tiếp ñiểm tĩnh 1 gắn trên giá ñỡ 10 là chất cách ñiện. Tiếp ñiểm ñộng 9 gắn trên tay ñòn 8, có thể quay xung quanh trục 5. ðầu cuối của tay ñòn 8 có con lăn 6 và bánh cam 2 lắp trên trục 7. Khi quay vôlăng 4, bánh cam 2 sẽ ép vào con lăn 6 (phần lồi của bánh cam 2) làm cho tay ñòn 8 quay ñi và tiếp ñiểm 9 và 1 sẽ hở ra và ngược lại ở phần lõm của cam 2, tiếp ñiểm 9 và 1 kín. Bộ khống chế hình cam có tần số ñóng cắt lớn (vài ngàn lần/giờ) hơn bộ khống chế hình trống (vài trăm lần/giờ) và thao tác dứt khoát hơn bộ khống chế hình trống do lực tiếp xúc khỏe hơn. Lựa chọn một bộ khống chế phải căn cứ vào ñiện áp ñịnh mức của mạch thao tác và quan trọng hơn là dòng ñiện cho phép ñi qua các tiếp ñiểm ở chế ñộ làm việc liên tục và ngắn hạn lặp lại (liên quan ñến tần số ñóng-cắt/giờ). GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

88

suu tam: [email protected] Trị số dòng ñiện của tiếp ñiểm bộ khống chế ñộng lực thường ñược chọn với hệ số dự trữ là 1,2 ñối với dòng ñiện một chiều: I = 1,2.

P 3 10 , (A) U

và là 1,3 ñối với dòng xoay chiều: I = 1,3.

P 10 3 , (A) 3U

Trong ñó P là công suất ñộng cơ ñiện (kW), U là ñiện áp ñịnh mức nguồn cung cấp.

Hình 5.15 - Bộ khống chế hình cam. 5.2.5 Công tắc tơ Côngtắctơ là khí cụ ñiện ñiều khiển từ xa dùng ñể ñóng-cắt các mạch ñiện ñộng lực ở ñiện áp tới 500V và các dòng ñiện tới vài trăm, vài nghìn ampe. Tuỳ theo dòng ñiện sử dụng, côngtắctơ chia ra loại một chiều và loại xoay chiều. Phần tử chính của một côngtắctơ là cuộn hút ñiện từ K và hệ thống các tiếp ñiểm. Khi cuộn K không có ñiện, lò xo kéo cần C mở các tiếp ñiểm ñộng lực (tiếp ñiểm chính) a, b, c và tiếp ñiểm phụ 1, ñóng tiếp ñiểm phụ 2. Các tiếp ñiểm 1, a, b, c gọi là tiếp ñiểm thường mở. Tiếp ñiểm 2 gọi là tiếp ñiểm thường ñóng.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

89

suu tam: [email protected]

Hình 5.16 - Nguyên lý cấu tạo của một côngtắctơ. Khi cấp ñiện cho cuộn K, miếng sắt Fe bị hút, kéo căng lò xo LX và cần C sẽ ñóng các tiếp ñiểm a, b, c, 1 và mở tiếp ñiểm 2. Tuỳ theo mục ñích sử dụng mà các tiếp ñiểm ñược nối vào mạch lực hay mạch ñiều khiển một cách thích hợp. Một số loại Côngtăctơ của hãng Melin Gerin:

hoặc

hoặc

Loại một tiếp ñiểm và hai tiếp ñiểm

;

;

Loại 4 tiếp ñiểm 5.3 Rơle Rơle là loại khí cụ ñiện tự ñộng dùng ñể ñóng-cắt mạch ñiều khiển, hoặc mạch bảo vệ, ñể liên kết giữa các khối ñiều khiển khác nhau, thực hiện các thao tác logic theo một quá trình công nghệ. Rơle có rất nhiều loại với các nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau. Các rơle ñược phân loại theo nhiều cách sau: GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

90

suu tam: [email protected] - Theo nguyên lý làm việc có: rơle ñiện từ, rơle từ ñiện, rơle ñiện ñộng, rơle cảm ứng, rơle nhiệt, rơle quang, rơle ñiện tử... - Theo ñại lượng ñiện ñầu vào có: rơle dòng ñiện, rơle ñiện áp, rơle công suất, rơle tổng trở, rơle tần số, rơle lệch pha... - Theo dòng ñiện có: rơle một chiều, rơle xoay chiều. - Theo nguyên lý tác ñộng của cơ cấu chấp hành có: rơle tiếp ñiểm và rơle không tiếp ñiểm. - Theo trị số và chiều ñại lượng ñầu vào có: rơle cực ñại, rơle cực tiểu, rơle sai lệch, rơle hướng... - Theo cách mắc cơ cấu thu (như cuộn hút trong rơle ñiện từ) vào mạch, rơle ñược chia ra: rơle sơ cấp (cơ cấu thu nối thẳng vào mạch) và rơle thứ cấp (cơ cấu thu nối vào mạch qua biến áp, biến dòng hay ñiện trở). 5.3.1 Rơle ñiện từ Rơle ñiện từ là loại rơle ñơn giản nhất và dùng rộng rãi nhất. Rơle làm việc dựa trên nguyên lý ñiện từ và về kết cấu, nó tương tự như côngtắctơ nhưng chỉ ñóng-cắt mạch ñiện ñiều khiển, không trực tiếp dùng trong mạch lực. Hình 5.17a trình bày nguyên lý kết cấu một rơle ñiện từ một chiều kiểu bản lề. Cuộn nam châm ñiện 1 quấn quanh lõi sắt 2. Hai ñầu dây cuộn 1 nối ra 2 chấu cắm 8. Nắp từ ñộng 3 ñược lò xo 4 kéo bật lên ñể tiếp ñiểm ñộng 5 (tiếp ñiểm chung COM) tỳ vào tiếp ñiểm tĩnh 6 thành tiếp ñiểm thường kín NC, còn tiếp ñiểm tĩnh 7 bị hở mạch (tiếp ñiểm thường mở NO). Khi cuộn ñiện từ ñược cấp ñiện, nó sẽ hút nắp từ ñộng và tiếp ñiểm NO ñược nối với tiếp ñiểm COM, tiếp ñiểm NC bị ngắt khỏi tiếp ñiểm COM.

a)

Hình 5.17 - Nguyên lý kết cấu của rơle ñiện từ.

b)

Hình 5.17b là nguyên lý làm việc của một rơle ñiện từ dạng piston với tiếp ñiểm ñộng dạng bắc cầu 2. Cuộn hút rơle 1 là xoay chiều. Qua cách làm việc của rơle ñiện từ, ta có thể thấy một rơle có 3 phần chính: cơ cấu thu, cơ cấu trung gian và cơ cấu chấp hành. - Cuộn hút ñiện từ là cơ cấu thu vì nó tiếp nhận tín hiệu ñầu vào (dòng ñiện, ñiện áp) và khi ñạt một giá trị xác ñịnh nào ñó thì rơle tác ñộng.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

91

suu tam: [email protected] - Mạch từ là cơ cấu trung gian vì nó giúp tạo lực hút của cuộn nam châm (cuộn ñiện từ). Khi cuộn dây này có ñiện và so sánh với lực ñặt trước bởi lò xo phản hồi ñể hút và truyền kết quả tác ñộng tới cơ cấu chấp hành. - Hệ thống tiếp ñiểm là cơ cấu chấp hành vì nó truyền tín hiệu cho mạch ñiều khiển. Quan hệ giữa ñầu vào và ñầu ra: Khi tín hiệu ñầu vào là X (ñiện áp, dòng ñiện) ñạt tới một giá trị tác ñộng X = X2 = Xtñ (tác ñộng ≡ hút) thì rơle hút vì lực ñiện từ thắng lực lò xo và ñại lượng ñầu ra y (ñiện áp, dòng ñiện tăng ñột biến từ Y1 lên Y2 do tiếp ñiểm cơ cấu chấp hành ñóng. Sau ñó, có tăng lượng vào X > X2 thì Y2 vẫn giữ nguyên. Khi giảm tín hiệu vào ñến X = Xtñ thì rơle vẫn hút do lực từ vẫn lớn hơn lực lò xo. Tới một giá trị X1 = Xnhả < Xtñ thì lực lò xo phản hồi thắng lực hút ñiện từ, cuộn hút rơle nhả, mở tiếp ñiểm ñể cẳt mạch. Tín hiệu ra giảm từ Y2 về Y1. Sau ñó X tiếp tục giảm X < X1 thì Y vẫn giữ giá trị không ñổi là Y1. Y

Y2

Hình 5.18 - ðặc tính quan hệ vào-ra của rơle.

Y1

0

X X1 = Xnh

X2 = X t®

Hệ số nhả của rơle là tỷ số: knh = ðối với rơle cực ñại: Rơle cực tiểu:

X nh X td

knh < 1 knh > 1

Rơle làm việc càng chính xác khi:

knh → 1

Tỷ số giữa công suất ñiều khiển Pñk của rơle (công suất của mạch mà tiếp ñiểm rơle ñóng-cắt) và công suất tác ñộng Ptñ (công suất cần cấp cho cuộn ñiện từ ñể nó hút) gọi là hệ số ñiều khiển (hay hệ số khuếch ñại). kñk =

Pdk Ptd

Hệ số kñk càng lớn thì rơle càng nhạy. Các loại rơle khác nhau thì có các hệ số knh, kñk khác nhau. Thời gian kể từ lúc ñầu vào của rơle ñược cấp tín hiệu cho ñến lúc cơ cấu chấp hành tác ñộng gọi là thời gian tác ñộng ttñ. Với rơle ñiện từ, ñó là thời gian tính từ lúc cuộn hút ñược cấp ñiện cho ñến khi tiếp ñiểm thường mở ñóng lại hoàn toàn hoặc tiếp ñiểm thường ñóng mở ra hoàn toàn. Tùy theo thời gian tác ñộng ttñ (còn gọi là thời gian trễ) mà rơle ñược chia ra: - Rơle không quán tính: ttñ < 1ms - Rơle tác ñộng nhanh: ttñ ~ (1 ÷100)ms GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

92

suu tam: [email protected] - Rơle thời gian:

ttñ > 100ms

5.3.2 Rơle trung gian Nhiệm vụ chính của rơle trung gian là khuếch ñại các tín hiệu ñiều khiển. Nó thường nằm ở vị trí giữa hai rơle khác nhau. Rơle trung gian thường là rơle ñiện từ. Hình 5.19 là kết cấu của một rơle trung gian. Nguyên lý làm việc của rơle trung gian tương tự như rơle ñiện từ nhưng không có sự ñiều chỉnh ñiện áp tác ñộng. Rơle trung gian phải tác ñộng tốt khi ñược ñặt vào ñiện áp ñịnh mức trong phạm vi sai lệch ∆U = ±15%Uñm.

Hình 5.19 - Dạng chung của một kiểu rơle trung gian.

Số lượng tiếp ñiểm (tiếp ñiểm thường ñóng, tiếp ñiểm thường mở, tiếp ñiểm chuyển ñổi có cực ñộng chung) của rơle trung gian thường nhiều hơn các loại rơle khác. Rơle trung gian có sự phân cách về ñiện tốt giữa mạch cuộn hút và mạch tiếp ñiểm. Hình vẽ dưới ñây là sơ ñồ tiếp ñiểm và hình của một số loại rơle.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

93

suu tam: [email protected]

5.3.3 Rơle dòng ñiện và rơle ñiện áp a) Rơle dòng ñiện dùng bảo vệ mạch ñiện khi dòng ñiện trong mạch vượt quá hay giảm dưới một trị số nào ñó ñã ñược chỉnh ñịnh trong rơle. Cấu tạo của một rơle dòng ñiện ñược trình bày trên hình 5.20. Mạch từ 1 ñược quấn cuộn dây dòng ñiện 2 có nhiều ñầu ra. Khi có dòng ñiện chạy qua cuộn dây 2, từ trường sẽ tác dụng một từ lực lên nắp từ ñộng làm bằng miếng sắt hình chữ Z. Nếu dòng ñiện vượt quá giá trị chỉnh ñịnh thì từ lực ñủ lớn thắng lực cản lò xo 4, hút nắp từ ñộng chữ Z quay và ñóng (hoặc mở) hệ tiếp ñiểm.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

94

suu tam: [email protected]

Hình 5.20 - Nguyên lý cấu tạo và làm việc của rơle dòng ñiện cực ñại.

Rơle dòng ñiện loại này thường dùng ñể bảo vệ dòng ñiện cực ñại. Cuộn dây rơle dòng ñiện mắc nối tiếp với mạch cần bảo vệ. b) Rơle ñiện áp dùng ñể bảo vệ các thiết bị ñiện khi ñiện áp ñặt vào thiết bị ñiện tăng quá hoặc giảm quá mức quy ñịnh. Nguyên lý cấu tạo của rơle ñiện áp tương tự như rơle dòng ñiện. Chỉ khác nhau là cuộn dây dòng ñiện ít vòng, thiết diện to trong rơle dòng ñiện ñược thay bằng cuộn dây ñiện áp nhiều vòng, thiết diện dây nhỏ. Cuộn ñiện áp ñược mắc song song với mạch cần bảo vệ. Rơle ñiện áp ñược chia ra 2 loại theo nhiệm vụ bảo vệ: - Rơle ñiện áp cực ñại: Nắp từ ñộng không quay ở ñiện áp bình thường, khi ñiện áp tăng quá mức, lực từ thắng lực cản lò xo và nắp từ ñộng sẽ quay, rơle tác ñộng. - Rơle ñiện áp cực tiểu: Nắp từ ñộng không quay ở ñiện áp bình thường. Khi ñiện áp giảm quá mức, lực lò xo thắng lực từ, nắp từ ñộng sẽ quay ngược và rơle tác ñộng. 5.3.4 Rơle thời gian Rơle thời gian là loại rơle tạo trễ ñầu ra nghĩa là khi ñầu vào có tín hiệu ñiều khiển thì sau một thời gian nào ñó ñầu ra mới tác ñộng (tiếp ñiểm rơle mới ñóng hoặc mở). Thời gian trễ có thể từ vài phần giây ñến hàng giờ hoặc hơn nữa. Rơle thời gian có nhiều loại, nhiều kiểu khác nhau dùng cả ở mạch một chiều lẫn xoay chiều. - Rơle thời gian kiểu ñiện từ: Dùng ở mạch một chiều và thường ñể duy trì thời gian nhả chậm nắp từ ñộng tới 3s. - Rơle thời gian kiểu thủy lực: Dùng cho cả cuộn hút một chiều và xoay chiều.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

95

suu tam: [email protected]

Hình 5.21 - Rơle thời gian kiểu Hình 5.22 - Rơle thời gian kiểu ñiện từ. thủy lực. Một số loại rơle tạo thời gian trễ của hãng Schneider: + Loại RTA:

+ Loại RTB

+ Loại RTC

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

96

suu tam: [email protected] + Loại RTH

+ Loại RTL

+ Loại RTMF

Cách cài ñặt thời gian cho các loại rơle trên: + ðối với các loại RTA, RTB, RTC và RTH:

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

97

suu tam: [email protected] + ðối với loại RTL

+ ðối với loại RTMF

* Bộ ñóng ngắt hẹn giờ của hãng Schneider Ứng dụng hẹn giờ cho: + Chuông báo. + Chiếu sáng. + Hệ thống nhiệt. + Hệ thống thông gió. + ðiều khiển truy cập (Access control): Các trình ñiều khiển truy cập có thể hạn chế thời gian truy cập hệ thống. Ví dụ người dùng có thể bị từ chối khi truy cập mạng vào ngoài giờ làm việc. Tính năng này dùng ñể ngăn cản người dùng truy cập hệ thống ở những vùng không thuộc trách nhiệm trong những giờ nghỉ, nơi mà họ có thể thực hiện các hành ñộng bất hợp pháp như tải xuống cơ sở dữ liệu của khách hàng và mang ra ngoài.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

98

suu tam: [email protected] Các bộ ñóng ngắt hẹn giờ kiểu số:

Các bộ ñóng ngắt hẹn giờ kiểu cơ khí:

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

99

suu tam: [email protected]

C¸C NGUY£N T¾C §IÒU KHIÓN LOGIC TRUYÒN §éNG §IÖN vµ c¸c d¹ng b¶o vÖ vµ tÝn hiÖu hãa

CH¦¥NG 6

6.1 CÁC NGUYÊN TẮC ðIỀU KHIỂN LOGIC TRUYỀN ðỘNG ðIỆN 6.1.1 Khái niệm chung Theo yêu cầu công nghệ của máy, cơ cấu sản xuất, các hệ thống truyền ñộng ñiện tự ñộng ñều ñược thiết kế tính toán ñể làm việc ở những trạng thái (hay chế ñộ) xác ñịnh. Những trạng thái sự cố hay hư hỏng khác thông thường ñã ñược dự ñoán khi thiết kế tính toán chúng ñể áp dụng những thiết bị và biện pháp bảo vệ cần thiết. Những trạng thái làm việc của hệ thống truyền ñộng ñiện tự ñộng có thể ñược ñặc trưng bằng các thông số như: tốc ñộ làm việc của các ñộng cơ truyền ñộng hay của cơ cấu chấp hành máy sản xuất, dòng ñiện phần ứng của ñộng cơ hay dòng kích thích của ñộng cơ ñiện một chiều, mômen phụ tải trên trục của ñộng cơ truyền ñộng... Tuỳ theo quá trình công nghệ yêu cầu mà các thông số trên có thể lấy các giá trị khác nhau. Việc chuyển từ giá trị này ñến giá trị khác ñược thực hiện tự ñộng nhờ hệ thống ñiều khiển. Kết quả hoạt ñộng của phần ñiều khiển sẽ ñưa hệ thống ñộng lực của truyền ñộng ñiện ñến một trạng thái làm việc mới, trong ñó có ít nhất một thông số ñặc trưng cho mạch ñộng lực lấy giá trị mới. Như vậy về thực chất ñiều khiển hệ thống là ñưa vào hoặc ñưa ra khỏi hệ thống những phần tử, thiết bị nào ñó (chẳng hạn ñiện trở, ñiện kháng, ñiện dung, khâu hiệu chỉnh...) ñể thay ñổi một hoặc nhiều thông số ñặc trưng hoặc ñể giữ một thông số nào ñó (chẳng hạn tốc ñộ quay) không thay ñổi khi có sự thay ñổi ngẫu nhiên của thông số khác. ðể tự ñộng ñiều khiển hoạt ñộng của truyền ñộng ñiện, hệ thống ñiều khiển phải có những cơ cấu, thiết bị nhận biết ñược giá trị các thông số ñặc trưng cho chế ñộ công tác của truyền ñộng ñiện (có thể là môñun, cũng có thể là cả về dấu của thông số). Trong hệ thống ñiều khiển gián ñoạn các phần tử nhận biết này phải làm việc theo các ngưỡng chỉnh ñịnh ñược. Nghĩa là khi thông số ñược nhận biết ñến trị số ngưỡng ñã ñặt, phần tử nhận biết theo thông số này sẽ bắt ñầu làm việc phát ra một tín hiệu ñưa ñến phần tử chấp hành. Kết quả là sẽ ñưa vào hoặc ñưa ra khỏi mạch ñộng lực những phần tử cần thiết. Nếu hệ thống ñiều khiển có tín hiệu phát ra từ phần tử nhận biết ñược dòng ñiện, ta nói rằng hệ ñiều khiển theo nguyên tắc dòng ñiện. Nếu phần tử nhận biết ñược tốc ñộ, ta nói rằng hệ ñiều khiển theo nguyên tắc tốc ñộ, nếu có phần tử nhận biết ñược thời gian của quá trình (từ một mốc thời gian nào ñó) ta nói rằng hệ ñiều khiển theo nguyên tắc thời gian. Tương tự có hệ ñiều khiển theo nguyên tắc nhiệt ñộ, theo mômen, theo chiều công suất... 6.1.2 ðiều khiển tự ñộng theo nguyên tắc thời gian. a) Nội dung nguyên tắc ñiều khiển theo thời gian: ðiều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là thông số làm việc của mạch ñộng lực biến ñổi theo thời gian. Những tín hiệu ñiều khiển phát ra theo một quy luật thời gian cần thiết ñể làm thay ñổi trạng thái của hệ thống. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

100

suu tam: [email protected] Những phần tử nhận biết ñược thời gian ñể phát tín hiệu cần ñược chỉnh ñịnh dựa theo ngưỡng chuyển ñổi của ñối tượng. Ví dụ như tốc ñộ, dòng ñiện, mômen của mỗi ñộng cơ ñược tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền ñộng ñiện cụ thể. Những phần tử nhận biết ñược thời gian có thể gọi chung là rơle thời gian. Nó tạo nên ñược một thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu ñưa vào (mốc 0) ñầu vào của nó ñến khi nó phát ñược tín hiệu ra ñưa vào phần tử chấp hành. Cơ cấu duy trì thời gian có thể là: cơ cấu con lắc, cơ cấu ñiện từ, khí nén, cơ cấu ñiện tử, tương ứng là rơle thời gian kiểu con lắc, rơle thời gian ñiện từ, rơle thời gian khí nén và rơle thời gian ñiện tử... b) Mạch ñiều khiển truyền ñộng ñiện ñiển hình theo nguyên tắc thời gian: Xét mạch ñiều khiển khởi ñộng ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập có hai cấp ñiện trở phụ trong mạch phần ứng ñể hạn chế dòng ñiện khởi ñộng ở trên theo nguyên tắc thời gian. Sơ ñồ mạch ñiều khiển như hình 6.1. + 1

D

M

§g

5

3

_

§g

_

+

2G

1G

r2

r1

1RTh

7

§g 2§g

¦

1RTh

1G

11

9

CK +

§g

2RTh

_

2RTh

13

2G

Hình 6.1 - ðiều khiển khởi ñộng ñộng cơ ðMñl theo nguyên tắc thời gian. Trạng thái ban ñầu sau khi cấp nguồn ñộng lực và ñiều khiển thì rơle thời gian 1RTh ñược cấp ñiện mở ngay tiếp ñiểm thường kín ñóng chậm RTh(9-11). ðể khởi ñộng ta phải ấn nút mở máy M(3-5), côngtắctơ ðg hút sẽ ñóng các tiếp ñiểm ở mạch ñộng lực, phần ứng ñộng cơ ñiện ñược ñấu vào lưới ñiện qua các ñiện trở phụ khởi ñộng r1, r2. Dòng ñiện qua các ñiện trở có trị số lớn gây ra sụt áp trên ñiện trở r1. ðiện áp ñó vượt quá ngưỡng ñiện áp hút của rơle thời gian 2RTh làm cho nó hoạt ñộng sẽ mở ngay tiếp ñiểm thường kín ñóng chậm 2RTh(1113), trên mạch 2G cùng với sự hoạt ñộng của rơle 1RTh chúng ñảm bảo không cho các côngtắctơ 1G và 2G có ñiện trong giai ñoạn ñầu của quá trình khởi ñộng. Tiếp ñiểm phụ ðg(3-5) ñóng ñể tự duy trì dòng ñiện cho cuộn dây côngtắctơ ðg khi ta thôi không ấn nút M nữa. Tiếp ñiểm ðg(1-7) mở ra cắt ñiện rơle thời gian 1RTh ñưa rơle thời gian này vào hoạt ñộng ñể chuẩn bị phát tín hiệu chuyển trạng thái của truyền ñộng ñiện. Mốc không của thời gian t có thể ñược xem là thời ñiểm ðg(1-7) mở cắt ñiện 1RTh.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

101

suu tam: [email protected]

ω

ω ω0

I1

A

I2

ω2

ω2

ω1

IC

ω1 M

0

MC M 2

0

M1

t t1

t2

Hình 6.2 - ðặc tính khởi ñộng ñộng cơ ðMñl theo nguyên tắc thời gian. Thời gian chỉnh ñịnh ở mỗi cấp ñiện trở ñược tính theo công thức: ti = Tci.ln

M1 − M C M2 − MC

trong ñó Tci - hằng số thời gian ñiện cơ của ñộng cơ ở ñặc tính có ñiện trở phụ ở cấp thứ i. J∆ω i M1 − M 2 Với ∆ωi là khoảng biến thiên tốc ñộ trên ñường ñặc tính cơ có cấp ñiện trở thứ i ở

Tci =

những mômen chuyển ñổi M1, M2 tương ứng. J là mômen quán tính cơ của hệ thống truyền ñộng và ñộng cơ, tính quy ñổi về trục ñộng cơ. Sau khi rơle thời gian 1RTh nhả, cơ cấu duy trì thời gian sẽ tính thời gian từ gốc không cho ñến ñạt trị số chỉnh ñịnh thì ñóng tiếp ñiểm thường kín ñóng chậm RTh(9-11). Lúc này cuộn dây côngtắctơ gia tốc 1G ñược cấp ñiện và hoạt ñộng ñóng tiếp ñiểm chính của nó ở mạch ñộng lực và cấp ñiện trở phụ thứ nhất r1 bị nối ngắn mạch. ðộng cơ sẽ chuyển sang khởi ñộng trên ñường ñặc tính cơ thứ 2. Việc ngắn mạch ñiện trở r1 làm cho rơle thời gian 2RTh mất ñiện và cơ cấu duy trì thời gian của nó cũng sẽ tính thời gian tương tự như ñối với rơle 1RTh, khi ñạt ñến trị số chỉnh ñịnh nó sẽ ñóng tiếp ñiểm thường ñóng ñóng chậm 2RTh(11-13). Côngtắctơ gia tốc 2G có ñiện hút tiếp ñiểm chính 2G, ngắn mạch cấp ñiện trở thứ hai r2, ñộng cơ sẽ chuyển sang tiếp tục khởi ñộng trên ñường ñặc tính cơ tự nhiên cho ñến ñiểm làm việc ổn ñịnh A. c) Nhận xét về ñiều khiển truyền ñộng ñiện theo nguyên tắc thời gian: Ưu ñiểm của nguyên tắc ñiều khiển theo thời gian là có thể chỉnh ñược thời gian theo tính toán và ñộc lập với thông số của hệ thống ñộng lực. Trong thực tế ảnh hưởng của mômen cản MC của ñiện áp lưới và của ñiện trở cuộn dây hầu như không ñáng kể ñến sưk làm việc của hệ thống và ñến quá trình gia tốc của truyền ñộng ñiện, vì các trị số thực tế sai khác với trị số thiết kế không nhiều. Thiết bị của sơ ñồ ñơn giản, làm việc tin cậy cao ngay cả khi phụ tải thay ñổi, rơle thời gian dùng ñồng loạt cho bất kỳ công suất và ñộng cơ nào, có tính kinh tế cao.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

102

suu tam: [email protected] Nguyên tắc thời gian ñược dùng rất rộng rãi trong truyền ñộng ñiện một chiều cũng như xoay chiều. 6.1.3 ðiều khiển tự ñộng theo nguyên tắc tốc ñộ. a) Nội dung nguyên tắc: Tốc ñộ quay trên trục ñộng cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số ñặc trưng quan trọng xác ñịnh trạng thái của hệ thống truyền ñộng ñiện. Do vậy, người ta dựa vào thông số này ñể ñiều khiển sự làm việc của hệ thống. Lúc này mạch ñiều khiển phải có phần tử nhận biết ñược chính xác tốc ñộ làm việc của ñộng cơ - gọi là rơle tốc ñộ. Khi tốc ñộ ñạt ñược ñến những trị số ngưỡng ñã ñặt thì rơle tốc ñộ sẽ phát tín hiệu ñến phần tử chấp hành ñể chuyển trạng thái làm việc của hệ thống truyền ñộng ñiện ñến trạng thái mới yêu cầu. Rơle tốc ñộ có thể cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm, nguyên tắc cảm ứng, cũng có thể dùng máy phát tốc ñộ. ðối với ñộng cơ ñiện một chiều có thể gián tiếp kiểm tra tốc ñộ thông qua sức ñiện ñộng của ñộng cơ. ðối với ñộng cơ ñiện xoay chiều có thể thông qua sức ñiện ñộng và tần số của mạch rôto ñể xác ñịnh tốc ñộ. Hình 6.3 trình bày sơ lược cấu tạo của rơle tốc ñộ kiểu cảm ứng. Rôto (1) của nó là một nam châm vĩnh cửu ñược nối trục với ñộng cơ hay cơ cấu chấp hành. Còn stato (2) cấu tạo như một lồng sóc và có thể quay ñược trên bộ ñỡ của nó. Trên cần (3) gắn vào stato bố trí má ñộng (11) của 2 tiếp ñiểm có các má tĩnh là (7) và (15). 7

11

15

5 4

Hình 6.3 - Cấu tạo rơle tốc ñộ kiểu cảm ứng.

3 1

2

ω

Khi rôto không quay các tiếp ñiểm (7),(11) và (15),(11) mở, vì các lò xo giữ cần (3) ở chính giữa. Khi rôto quay tạo nên từ trường quay quét stato, trong lồng sóc có dòng cảm ứng chạy qua. Tác dụng tương hỗ giữa dòng này và từ trường quay tạo nên mômen quay làm cho stato quay ñi một góc nào ñó. Lúc ñó các lò xo cân bằng (4) bị nén hay kéo tạo ra một mômen chống lại, cân bằng với mômen quay ñiện từ. Tuỳ theo chiều quay của rôto mà má ñộng (11) có thể ñến tiếp xúc với má tĩnh (7) hay (15). Trị số ngưỡng của tốc ñộ ñược ñiều chỉnh bởi bộ phận (5) thay ñổi trị số kéo nén của lò xo cân bằng.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

103

suu tam: [email protected] Khi tốc ñộ quay của rôto bé hơn trị số ngưỡng ñã ñặt, mômen ñiện từ còn bé không thắng ñược mômen cản của các lò xo cân bằng nên tiếp ñiểm không ñóng ñược. Từ lúc tốc ñộ quay của rôto ñạt giá trị lớn hơn hoặc bằng ngưỡng ñã ñặt thì mômen ñiện từ mới thắng ñược mômen cản của các lò xo làm cho phần tĩnh quay, ñóng tiếp ñiểm tương ứng theo chiều quay của rôto. b) Mạch ñiều khiển truyền ñộng ñiện ñiển hình theo nguyên tắc tốc ñộ : Ta cũng lấy trường hợp ñiều khiển mở máy ñộng cơ ñể xét những ví dụ cụ thể. Như ñã thấy ở ví dụ trước, việc ngắn mạch các ñiện trở khởi ñộng trong mạch phần ứng ñộng cơ có thể thực hiện ñược ở tốc ñộ ω1, ω2 và ω3. ðể làm các phần tử kiểm tra tốc ñộ, ở ñây ta dùng các côngtăctơ gia tốc 1G, 2G và 3G có cuộn dây mắc trực tiếp vào 2 ñầu phần ứng ñộng cơ, nó tiếp thụ ñược ñiện áp tỷ lệ với tốc ñộ ñộng cơ với sai lệch nhỏ. CK +

_

+

_

3G 2G 1G

§g

¦ 3G +

2G

§g

M

D

_

5

3

§g

1G

ω

U

U3G

ω0 U2G

4

ω3 ω2

3

U1G

2

Uu

ω1

e

1

0

M M2 (I2 )

0

M 1 (I1)

t t1

t2

t3

Hình 6.4 - ðiều khiển khởi ñộng ñộng cơ ðMñl theo nguyên tắc tốc ñộ. Trên hình 6.4 các tiếp ñiểm chuyển ñổi trạng thái cần xảy ra ở tốc ñộ (ω1,I2), (ω2,I2) và (ω3,I2). Ở các ñiểm này, ñiện áp trên 2 ñầu phần ứng sẽ là: U1 = Kφω1 + I2.r− U2 = Kφω2 + I2.r− U3 = Kφω3 + I2.r− Giả sử ta cắt ñiện trở theo thứ tự r1, r2, r3 thì phải chọn côngtăctơ có ñiện áp hút lần lượt là: Uhút1G = U1 Uhút2G = U2 Uhút3G = U3 GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

104

suu tam: [email protected] Hoạt ñộng của sơ ñồ: Sau khi ấn nút mở máy M, côngtăctơ ðg có ñiện ñóng mạch phần ứng ñộng cơ vào nguồn qua 3 ñiện trở phụ r1, r2 và r3. ðộng cơ gia tốc trên ñường ñặc tính cơ (1). Khi tốc ñộ ñộng cơ ñạt ñến trị số ω1 ñiện áp trên 2 ñầu côngtăctơ 1G ñạt trị số hút U1, do ñó 1G hút, loại trừ ñiện trở r1, ñộng cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên ñường ñặc tính cơ (2). Khi tốc ñộ ñộng cơ ñạt ñến trị số ω2(ω2 > ω1) ñiện áp trên 2 ñầu côngtăctơ 2G ñạt trị số hút U2, do ñó 2G hút, loại trừ tiếp ñiện trở r2, ñộng cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên ñường ñặc tính cơ (3). Khi tốc ñộ ñộng cơ ñạt ñến trị số ω3(ω3 > ω2) ñiện áp trên 2 ñầu côngtăctơ 3G ñạt trị số hút U3, do ñó 3G hút, ñiện trở r3 bị ngắn mạch, ñộng cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên ñường ñặc tính cơ tự nhiên, cho ñến ñiểm làm việc ổn ñịnh. c) Nhận xét về ñiều khiển truyền ñộng ñiện theo nguyên tắc tốc ñộ: Ưu ñiểm là ñơn giản và rẻ tiền, thiết bị có thể là côngtăctơ mắc trực tiếp vào phần ứng ñộng cơ không cần thông qua rơle. Nhược ñiểm là thời gian mở máy và hãm máy phụ thuộc nhiều vào mômen cản MC, quán tính J, ñiện áp lưới U và ñiện trở cuộn dây côngtăctơ. Các côngtăctơ gia tốc có thể không làm việc vì ñiện áp lưới giảm thấp, vì quá tải hoặc vì cuộn dây quá phát nóng, sẽ dẫn ñến quá phát nóng ñiện trở khởi ñộng, có thể làm cháy các ñiện trở ñó. Khi ñiện áp lưới tăng cao có khả năng tác ñộng ñồng thời các côngtăctơ gia tốc làm tăng dòng ñiện quá trị số cho phép. Trong thực tế ít dùng nguyên tắc này ñể khởi ñộng các ñộng cơ, thường chỉ dùng nguyên tắc này ñể ñiều khiển quá trình hãm ñộng cơ. 6.1.4 ðiều khiển tự ñộng theo nguyên tắc dòng ñiện. a) Nội dung nguyên tắc: Dòng ñiện trong mạch phần ứng ñộng cơ cũng là một thông số làm việc rất quan trọng xác ñịnh trạng thái của hệ truyền ñộng ñiện. Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thường của hệ thống, trạng thái mang tải, trạng thái quá tải cũng như phản ánh trạng thái ñang khởi ñộng hay ñang hãm của ñộng cơ truyền ñộng. Trong quá trình khởi ñộng, hãm, dòng ñiện cần phải ñảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho phép. Trong quá trình làm việc cũng vậy, dòng ñiện có thể phải giữ không ñổi ở một trị số nào ñó theo yêu cầu của quá trình công nghệ. Ta có thể dùng các côngtăctơ có cuộn dây dòng ñiện hoặc rơle dòng ñiện kiểu ñiện từ hoặc các khóa ñiện tử hoạt ñộng theo tín hiệu vào là trị số dòng ñiện ñể ñiều khiển hệ thống theo các yêu cầu trên. Dòng ñiện mạch phần ứng ñộng cơ dùng làm tín hiệu vào trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phần tử nhận biết dòng ñiện nói trên. Khi trị số tín hiệu vào ñạt ñến giá trị ngưỡng xác ñịnh có thể ñiều chỉnh ñược của nó thì nó sẽ phát tín hiệu ñiều khiển hệ thống chuyển ñến những trạng thái làm việc yêu cầu. b) Mạch ñiều khiển truyền ñộng ñiện ñiển hình theo nguyên tắc dòng ñiện: Xét mạch ñiều khiển hãm ngược ñộng cơ xoay chiều 3 pha rôto dây quấn khi ñảo chiều. Vì những lí do tương tự như ñã phân tích trong chương 2, khi ñảo chiều quay ñộng cơ xoay chiều 3 pha rôto dây quấn cần phải ñưa thêm vào mạch rôto một ñiện trở phụ lớn hơn trị số ñiện trở phụ cần thiết ñưa vào khi khởi ñộng. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

105

suu tam: [email protected] Ta có thể dùng mạch ñiều khiển theo nguyên tắc dòng ñiện sau ñây ñể ñiều khiển việc ñưa vào và loại ra phần ñiện trở phụ ñó mỗi lần ñảo chiều quay ñộng cơ.

~

~

AT

(N) 2' 1' 0

1

N

KC1

(T) 1 2

3

N

5

7

T

9

T

KC2

RH

N

H

13

2G

15

KC4

1G H

rh

2

KC3

11

rp2 r p1

~

T

KC5

RH

19

H

17

1G 21

1G 2G

Hình 6.5 - ðiều khiển hãm ngược ñộng cơ xoay chiều 3 pha rôto dây quấn khi ñảo chiều theo nguyên tắc dòng ñiện.

ω

1

Α

Ι h®

ΤΝ

2

Ι

Ι2 0 3

ΤΝ' Yêu cầu ñối với rơle hãm RH thụ cảm dòng ñiện rôto: khi dòng ñiện rôto lớn hơn trị số khởi ñộng thì nó phải tác ñộng, khi dòng ñiện rôto ñã giảm nhỏ về gần trị số khởi ñộng (I1) thì nó phải nhả ñể chuẩn bị cho quá trình khởi ñộng tiếp theo. Vậy phải chỉnh ñịnh trị số Inhả của RH lớn hơn I1 một ít, tất nhiên trị số Ihút của nó sẽ lớn hơn I1 và xác ñịnh theo hệ số trở về của nó. Giả sử ñộng cơ ñang làm việc theo chiều quay thuận, nghĩa là bộ khống chế chỉ huy ñang ở vị trí 2 phía phải. Muốn ñảo chiều quay ñộng cơ, ta quay bộ khống chế KC về phía ngược. Khi bộ khống chế lướt qua vị trí 0, các côngtăctơ H, 1G, 2G mất ñiện nên các tiếp ñiểm của chúng nhả ra ñưa cả 3 ñiện trở vào mạch rôto. Khi ñến vị trí 2 phía trái, dòng ñiện rôto xuất hiện lúc này lớn hơn trị số chỉnh ñịnh hút của rơle RH, nên RH tác ñộng mở tiếp ñiểm RH(1-3), bảo ñảm cho cả 3 ñiện trở tham gia vào việc hạn chế dòng ñiện, quá trình hãm ngược ñộng cơ ñược tiến hành.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

106

suu tam: [email protected] Khi tốc ñộ ñộng cơ giảm gần ñến 0 thì dòng ñiện rôto cũng giảm ñến trị số nhả của rơle RH, rơle RH nhả ñóng tiếp ñiểm RH(1-3), công tăctơ H có ñiện, ñiện trở hãm ngược rh ñược loại ra ngoài, ñộng cơ bắt ñầu quá trình khởi ñộng theo chiều ngược với hai cấp ñiện trở hạn chế rp1 và rp2. c) Nhận xét về ñiều khiển truyền ñộng ñiện theo nguyên tắc dòng ñiện: - Ưu ñiểm: Thiết bị ñơn giản, sự làm việc của sơ ñồ không chịu ảnh hưởng của nhiệt ñộ cuộn dây côngtăctơ, rơle. - Nhược ñiểm: ðộ tin cậy thấp, có khả năng ñình chỉ gia tốc ở cấp trung gian nếu ñộng cơ khởi ñộng bị quá tải, dòng ñiện không giảm xuống ñến trị số nhả của rơle dòng ñiện. Nguyên tắc dòng ñiện ñược ứng dụng chủ yếu ñể tự ñộng ñiều khiển quá trình khởi ñộng ñộng cơ một chiều kích thích nối tiếp và ñộng cơ xoay chiều rôto dây quấn. 6.1.5 Các nguyên tắc ñiều khiển khác Ngoài 3 nguyên tắc ñiều khiển ñược áp dụng rộng rãi nhất mà ta ñã xét ở trên, cũng có thể tiến hành ñiều khiển các quá trình hay máy móc sản xuất theo những thông số ño lường khác như: ðiều khiển theo công suất và chiều công suất mômen, sức căng, nhiệt ñộ, ánh sáng... Một trong những nguyên tắc rất hay dùng là nguyên tắc ñiều khiển theo ñường ñi (hay nguyên tắc hành trình). Khi quá trình thay ñổi trạng thái làm việc của hệ có quan hệ chặt chẽ với vị trí của các bộ phận ñộng của máy (ñầu máy, bàn máy, mâm cặp...) thì ta có thể dùng các thiết bị ñặc biệt - gọi là công tắc hành trình, ñặt tại những vị trí thích hợp trên ñường ñi của các bộ phận ñó. Khi bộ phận ñộng di chuyển ñến những vị trí này sẽ tác ñộng lên các công tắc hành trình, công tắc hành trình sẽ phát những tín hiệu ñiều khiển hệ thống ñến các trạng thái làm việc mới. Ví dụ như ñặt các công tắc cuối cùng ñể hạn chế hành trình bàn máy bào, máy doa, cầu trục hoặc là ñặt các công tắc hành trình ñể ñảo chiều, giảm tốc ñộ cho máy bào giường. N

T

Hình 6.6 - ðiều khiển theo nguyên tắc hành trình. B

A KH

6.2 CÁC DẠNG BẢO VỆ VÀ TÍN HIỆU HÓA 6.2.1 Ý nghĩa của bảo vệ và tín hiệu hóa Trong quá trình vận hành, hệ thống ðKTð Tðð có thể có những tác ñộng ngẫu nhiên hoặc chủ quan của nhân viên vận hành dẫn ñến những sự cố hoặc chế ñộ làm việc xấu cho hệ thống. Nếu các chế ñộ xấu hoặc sự cố không ñược loại trừ kịp thời thì sẽ dẫn ñến hư hỏng máy móc, thiết bị, rối loạn quá trình sản xuất hoặc thậm chí có thể gây những tai nạn nguy hiểm cho người. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

107

suu tam: [email protected] Vì vậy bảo vệ và tín hiệu hóa trong hệ thống là không thể thiếu ñược. Nó có nhiệm vụ loại trừ và ñề phòng các sự cố và chế ñộ làm việc xấu, ñảm bảo vận hành an toàn cho máy móc và thiết bị cũng như con người. Tác ñộng của bảo vệ và tín hiệu hóa: - Ngắt ñiện ñộng cơ và hệ thống khi có sự cố nguy hiểm trực tiếp ñến ñộng cơ và thiết bị. Ví dụ khi ngắn mạch, khi ñiện áp giảm thấp quá mức hoặc khi mất bôi trơn, làm mát. - Khi quá tải hoặc khi xảy ra chế ñộ làm việc xấu chưa có nguy hiểm trực tiếp ñến máy móc thiết bị thì tín hiệu hóa cho nhân viên vận hành biết ñể xử lý. - Bảo ñảm khởi ñộng, hãm, ñảo chiều … một cách bình thường, nghĩa là ñảm bảo sao cho I < Icp, to < tocp, … - Ngoài ra có nhiều trường hợp ñể bảo ñảm cho các thiết bị quan trọng hoạt ñộng bình thường trong mọi trường hợp, bảo vệ sẽ tác ñộng cắt một số thiết bị ñiện không quan trọng lắm khi có sự cố mất ñiện hay ñiện áp giảm thấp tạm thời. Các thiết bị bảo vệ phổ biến: - Cầu chì: cắt mạch ñiện khi dây chì nóng chảy. - Rơle dòng ñiện: Tác ñộng ở dòng ñiện ñã ñặt. - Rơle ñiện áp: Tác ñộng ở ñiện áp ñã ñặt. - Rơle công suất: Phản ứng với sự thay ñổi trị số và chiều công suất. - Rơle nhiệt: Tác ñộng ở nhiệt ñộ phát nóng nhất ñịnh. - Áptômat các loại..... 6.2.2 Các dạng bảo vệ cơ bản 1. Bảo vệ ngắn mạch Tác hại của ngắn mạch: Có thể gây nên hỏng cách ñiện của ñộng cơ và hỏng cách ñiện các thiết bị khác của truyền ñộng ñiện. Khi ngắn mạch sẽ gây nên nhiệt ñộ tăng nhanh gây cháy hoặc sức từ ñộng tăng mạnh gây tác ñộng không tốt về mặt cơ học. Trong hệ thống TððK-Tðð bất kỳ, ngắn mạch một pha hoặc 3 pha ñều nguy hiểm và bảo vệ phải tác ñộng cắt nhanh hệ thống ra khỏi nguồn ñiện. Bảo vệ ngắn mạch có thể thực hiện bằng: Cầu chì, áptômat hoặc rơle dòng ñiện cực ñại, các khâu bảo vệ ngắn mạch bằng bán dẫn ñiện tử. * Ví dụ dùng cầu chì và áptômát bảo vệ ngắn mạch:

~ AT 1CC

K

~ 2CC D

M

K

K

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

108

suu tam: [email protected] - Dòng tác ñộng của cầu chì: Idc = Ikñ.α Trong ñó: Idc là dòng tác ñộng của dây chảy ñược chọn. Ikñ là dòng ñiện khởi ñộng của ñộng cơ, phụ tải ñược bảo vệ. α là hệ số xét ñến quán tính nhiệt. α = 2,5 ñối với ñộng cơ khởi ñộng bình thường. α = (1,6 ÷ 2) ñối với ñộng cơ khởi ñộng nặng. Cấm ñặt cầu chì trên dây trung tính, mạch nối ñất, vì nếu ñứt dây cầu chì thì vỏ máy sẽ có ñiện áp cao nguy hiểm. Dùng cầu chì bảo vệ ngắn mạch thì ñơn giản, rẻ tiền nhưng tác ñộng không chính xác, dòng tác ñộng phụ thuộc vào thời gian, thay thế lâu, không bảo vệ ñược chế ñộ làm việc 2 pha. - Dòng chỉnh ñịnh của Áptômat: Icñ = (1,2 ÷ 1,3).Ikñ Áptômat tác ñộng rồi thì có thể ñóng lại nhanh, cắt ñược dòng lớn, bảo vệ ñược chế ñộ làm việc dòng 2 pha (khi bị mất 1 trong 3 pha). * Dùng rơle dòng ñiện cực ñại (RM) bảo vệ ngắn mạch phải chỉnh ñịnh dòng tác ñộng cho phù hợp với dòng ngắn mạch. Thường ñặt rơle dòng ñiện cực ñại trên 3 pha của ñộng cơ không ñồng bộ 3 pha, hoặc ñặt trên một cực ñối với ñộng cơ một chiều. Tiếp ñiểm của RM là loại không tự phục hồi.

~ AT RM

K

~ 2CC D

M

K

RM

K

2. Bảo vệ quá tải dài hạn (bảo vệ nhiệt) Quá tải lâu dài vượt trị số cho phép sẽ gây nên phát nóng làm nhiệt ñộ dây quấn máy ñiện vượt quá trị số cho phép ñối với cách ñiện của nó, sẽ dẫn ñến cháy máy ñiện. ðể bảo vệ máy ñiện có thể dùng loại áptômat chỉnh ñịnh có cơ cấu nhả hỗn hợp hoặc dùng rơle nhiệt. Phần tử ñốt nóng của Rơle nhiệt thường mắc trên hai pha của hệ thống ba pha và trên một hoặc hai cực của ñộng cơ ñiện một chiều, ở phía sau tiếp ñiểm của côngtăctơ ñường dây K. Tiếp ñiểm của nó sẽ cắt mạch cuộn dây côngtăctơ ñường dây khi nó tác ñộng. Các tiếp ñiểm của rơle nhiệt (RN) là loại không tự phục hồi, sau khi rơle nhiệt ñã tác ñộng thì phải ấn reset bằng tay. Phải chọn rơle nhiệt có ñặc tính phát nóng gần với ñặc tính phát nóng của thiết bị, ñộng cơ cần ñược bảo vệ. - Dòng ñiện chỉnh ñịnh của rơle nhiệt, áptômat: GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

109

suu tam: [email protected] Icñ = (1,2 ÷ 1,3).Iñm Trong ñó Iñm là dòng ñiện ñịnh mức của ñộng cơ, phụ tải.

~ AT

K RN

~

RN

2CC

K

M

D

RN

K

3. Bảo vệ quá tải ngắn hạn xung kích (bảo vệ dòng ñiện cực ñại) Những quá tải tạm thời, nhưng dòng ñiện xung kích lớn có thể gây nên lực ñiện ñộng lớn làm hư hỏng các bộ phận của máy ñiện như cháy cổ góp hoặc bối dây, làm hỏng các cơ cấu cơ khí có liên quan khác. Vì vậy cần phải cắt ñộng cơ ra khỏi lưới. Khi phụ tải làm việc trong thời gian ngắn, sự phát nóng của phụ tải không phù hợp với ñặc tính của rơle nhiệt, nên rơle nhiệt không tác ñộng kịp. Do vậy, ñể bảo vệ cắt trong trường hợp này người ta dùng rơle dòng ñiện cực ñại hay áptômát có cơ cấu cắt nhanh. Dòng chỉnh ñịnh của rơle dòng ñiện cực ñại bảo vệ quá tải: Icñ.RI = (1,4 ÷ 1,5).Iñm Thường dùng một rơle dòng cực ñại bảo vệ ngắn mạch (RM) và 2 rơle dòng cực ñại bảo vệ quá tải (RI). Tiếp ñiểm của rơle dòng cực ñại bảo vệ quá tải là loại tự phục hồi.

~ AT RM RI

~

RI

K

2CC D

K

M

RM

K

RI RTh

K

RTh

Ngay khi cấp nguồn, RTh có ñiện ñóng tiếp ñiểm của nó lại. Ấn nút khởi ñộng M, cuộn dây côngtăctơ K có ñiện, ñóng nguồn cho ñộng cơ và cắt ñiện cuộn dây RTh, tính thời gian mở chậm cho tiếp ñiểm RTh. Ban ñầu dòng ñiện trong ñộng cơ lớn nên RI tác ñộng mở tiếp ñiểm, tiếp ñiểm của RI ñược duy trì trong thời gian khởi ñộng ñể ñảm bảo cho ñộng cơ khởi ñộng ñược.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

110

suu tam: [email protected] 4. Bảo vệ cực tiểu, bảo vệ ñiểm không Khi ñiện áp lưới bị mất hoặc giảm thấp dưới trị số cho phép thì phải cắt mối liên hệ giữa nguồn ñiện và ñộng cơ. ðể tránh ñộng cơ tự khởi ñộng khi ñiện áp lưới phục hồi người ta dùng bảo vệ cực tiểu và bảo vệ ñiểm không. Bảo vệ này ñược thực hiện bằng rơle ñiện áp thấp kiểu ñiện từ. Cuộn dây của rơle ñược mắc vào ñiện áp lưới, còn tiếp ñiểm của nó ñóng nguồn cung cấp cho mạch ñiều khiển ñộng cơ. 5. Bảo vệ mất từ trường Khi ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập ñang làm việc, nếu dòng kích từ giảm nhỏ quá trị số cho phép thì tốc ñộ ñộng cơ có thể tăng lên quá mức, dẫn ñến làm hư hỏng ñộng cơ và thiết bị cơ ñiện khác. ðể tránh các sự cố khi giảm hoặc mất từ trường cần phải có bảo vệ cắt mạch phần ứng khỏi nguồn cung cấp. Thường sử dụng rơle dòng ñiện, rơle ñiện áp ñể bảo vệ thiếu và mất từ trường. Mạch ví dụ dùng rơle dòng ñiện, rơle ñiện áp ñể bảo vệ thiếu và mất từ trường: +

1CC

K

RN K

® RTT

2CC

RA

-

CK®

RA

RN RTT

KC1

KC2 1 (T)

K

2 (P)

Nguyên lý bảo vệ: Khi ñủ ñiện áp thì rơle bảo vệ thiếu từ trường RTT sẽ ñóng kín tiếp ñiểm của nó, bộ khống chế KC ở vị trí giữa nên tiếp ñiểm KC1 kín, rơle RA tác ñộng. Khi quay bộ khống chế KC sang vị trí 1(T) bên trái thì cho phép ñộng cơ làm việc. Khi ñiện áp sụt xuống quá giá trị cho phép, hoặc dòng kích từ giảm thấp ñến giá trị: Ikt.ð = Inh.RTT, với Inh.RTT ≤ Ikt.min.cp, nên RTT nhả làm K mất ñiện, loại ñộng cơ ra khỏi lưới ñể bảo vệ ñộng cơ. 6. Các khâu liên ñộng làm chức năng bảo vệ Trong các hệ thống ðKTð-Tðð sử dụng các khâu liên ñộng về cơ khí, về ñiện ñể: - ðảm bảo sự làm việc an toàn cho các thiết bị. - Bảo ñảm một trình tự tác ñộng nghiêm ngặt giữa các thiết bị trong hệ thống tránh thao tác nhầm. Các thiết bị bảo vệ liên ñộng bằng cơ khí như: Các nút ấn kép, các công tắc hành trình kép, … Và các phần tử bảo vệ liên ñộng ñiện như: Các tiếp ñiểm khóa chéo của các côngtăctơ, rơle, làm việc ở các chế ñộ khác nhau.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

111

suu tam: [email protected]

~ AT

~ N

T

2CC D

MT

T MN

N

MT

T

T MN

®

N

N

6.2.3 Tín hiệu hóa trong hệ thống ðKTð - Tðð ðể ñảm bảo an toàn cho sự làm việc của hệ thống, thuận tiện kiểm tra xem xét cho nhân viên vận hành và xử lý kịp thời những chế ñộ làm việc xấu hoặc những sự cố xảy ra trong hệ thống ..., vấn ñề tín hiệu hóa rất cần thiết, có thể coi như những biện pháp bảo vệ hỗ trợ với hệ thống bảo vệ ñã nêu trên. Trong hệ thống ðKTð - Tðð có thể bố trí những dạng tín hiệu: 1. Tín hiệu chỉ thị có ñiện hay không có ñiện các nguồn cung cấp ñộng lực, ñiều khiển. 2. Tín hiệu về trạng thái làm việc hay nghỉ (ñóng hay mở) của các thiết bị ñiện quan trọng trong hệ thống. 3. Tín hiệu dự báo chuẩn bị làm việc của những thiết bị nào ñó. 4. Tín hiệu dự báo và cấp báo tình trạng làm việc xấu hoặc sự cố. Hình thức báo tín hiệu có thể là ánh sáng ñèn các màu, hoặc chuông, còi. Khi các thiết bị chấp hành của hệ thống ñể rải rác và ñược ñiều khiển tập trung từ xa thì phải ñặc biệt chú ý ñến sự ñầy ñủ của các tín hiệu về: - Báo chuẩn bị làm việc. - Tín hiệu về trạng thái làm việc hay nghỉ, các tín hiệu kiểm tra ño lường ñể ñánh giá chất lượng hoạt ñộng của máy móc, thiết bị. - Tín hiệu về sự cố, sửa chữa... nhằm mục ñích ñảm bảo an toàn thiết bị và người, ñề phòng những sơ suất không ăn khớp giữa người ñiều khiển trung tâm và những nhân viên vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng khác. Cần phải phân biệt giữa tín hiệu báo chuẩn bị làm việc với tín hiệu sự cố. Thông thường tín hiệu chuông ñiện reo hồi dài là ñể dành riêng cho cấp báo sự cố xảy ra.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện

112

suu tam: [email protected]

CH¦¥NG 7

C¸C S¥ §å HÖ THèNG §IÒU KHIÓN TRUYÒN §éNG §IÖN §IÓN H× H×NH

* Quy ước các ký hiệu trong bài giảng: X(y) : Phần tử hoặc tiếp ñiểm X ở dòng thứ y. X (y) : Phần tử X ở hàng thứ y ñang có ñiện (cuộn dây) hoặc tiếp ñiểm X ở hàng y tác

ñộng.

X (y) : Phần tử X ở hàng thứ y mất ñiện (cuộn dây) hoặc tiếp ñiểm X ở hàng y mở ra. * Các loại chuyển ñộng của máy GCKL: Trên máy GCKL có 2 loại chuyển ñộng chủ yếu: Chuyển ñộng cơ bản và chuyển ñộng phụ. + Chuyển ñộng cơ bản: Là sự chuyển ñộng tương ñối của dao cắt so với phôi ñể thực hiện quá trình cắt gọt. Chuyển ñộng này chia ra: Chuyển ñộng chính và chuyển ñộng ăn dao. - Chuyển ñộng chính: Hay còn gọi là chuyển ñộng làm việc là chuyển ñộng ñưa dao cắt ăn vào chi tiết. - Chuyển ñộng ăn dao: Là các chuyển ñộng xê dịch lưỡi dao hoặc phôi ñể tạo ra một lớp phoi mới. + Chuyển ñộng phụ: Là những chuyển ñộng không liên quan trực tiếp ñến quá trình cắt gọt, chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, nâng cao hiệu suất và chất lượng gia công, hiệu chỉnh máy .v.v.. Ví dụ như di chuyển nhanh bàn dao hoặc phôi (trong máy tiện), nới – siết xà trên trụ (trong máy khoan cần), nâng hạ xà dao (trong máy bào giường), bơm dầu của hệ thống bôi trơn, bơm nước làm mát, .v.v..

7 - 1. TRANG BỊ ðIỆN - ðIỆN TỬ MÁY DOA 7.1.1 ðặc ñiểm làm việc, yêu cầu về truyền ñộng ñiện và trang bị ñiện Máy doa dùng ñể gia công chi tiết với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan lỗ, có thể dùng ñể phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ ñạt ñược ñộ chính xác và ñộ bóng cao. Máy doa ñược chia thành 2 loại chính: Máy doa ñứng và máy doa ngang. Máy doa ngang dùng ñể gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Chuyển ñộng chính là chuyển ñộng quay của dao doa (trục chính). Chuyển ñộng ăn dao có thể là chuyển ñộng ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay chuyển ñộng dọc trục của trục chính mang ñầu dao. Chuyển ñộng phụ là chuyển ñộng theo chiều thẳng ñứng của ụ dao và chuyển ñộng của các ñộng cơ truyền ñộng bơm dầu của hệ thống bôi trơn và ñộng cơ bơm nước làm mát. Yêu cầu về truyền ñộng và trang bị ñiện máy doa: a) Truyền ñộng chính: Yêu cầu cần phải ñảo chiều quay, phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ D = 100÷1 ñối với máy doa ngang; D = 250÷1 ñối với máy doa tọa ñộ; ñộ trơn ñiều chỉnh ϕ = 1,26. Hệ thống truyền ñộng chính cần phải hãm dừng nhanh.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

113

suu tam: [email protected] Hệ truyền ñộng chính của máy doa thường sử dụng hệ truyền ñộng xoay chiều với ñộng cơ không ñồng bộ rôto lồng sóc một hoặc nhiều tốc ñộ. Trong máy doa cỡ nặng và máy doa tọa ñộ thường dùng hệ truyền ñộng một chiều (hệ Fð; KðT-ð; MðKð-ð hoặc T-ð), ñiều chỉnh tốc ñộ trong phạm vi rộng, ñộ trơn ñiều chỉnh cao. Nhờ vậy có thể ñơn giản cơ cấu cơ khí, hạn chế ñược mômen ở vùng tốc ñộ thấp bằng phương pháp ñiều chỉnh hai vùng.

1. Bệ máy; 2. Trụ sau; 3. Giá ñỡ trục dao; 4. Bàn gá chi tiết gia công; 5. Trụ chính; 6. Trụ trước. b) Truyền ñộng ăn dao: Phạm vi ñiều chỉnh của truyền ñộng ăn dao là D = 1500÷1. Lượng ăn dao ñược ñiều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph ÷ 600mm/ph; khi di chuyển nhanh, có thể ñạt tới 2,5m/ph ÷ 3m/ph. Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu ñược giữ không ñổi khi tốc ñộ trục chính thay ñổi. ðặc tính cơ cần có ñộ cứng cao, với ñộ ổn ñịnh tốc ñộ < 10%. Hệ thống truyền ñộng ăn dao phải ñảm bảo ñộ tác ñộng nhanh cao, dừng máy chính xác, ñảm bảo sự liên ñộng với truyền ñộng chính khi làm việc tự ñộng. Ở những máy doa cỡ trung bình và nặng, hệ thống truyền ñộng ăn dao sử dụng hệ thống khuếch ñại máy ñiện - ñộng cơ ñiện một chiều hoặc hệ thống T-ð. 7.1.2 Sơ ñồ truyền ñộng chính máy doa ngang 2620 + Các thông số kỹ thuật: - ðường kính trục chính: 90mm. - Kích thước của bàn: (1120 x 900) mm - Công suất ñộng cơ truyền ñộng trục chính: 10 kW. - Tốc ñộ quay của trục chính: 12,5 ÷ 1600 vòng/phút. - Công suất ñộng cơ truyền ñộng ăn dao: 2,1kW. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

114

suu tam: [email protected] + Máy doa ngang 2620 ñược trang bị các máy ñiện sau: - 01 ñộng cơ truyền ñộng trục chính là ñộng cơ không ñồng bộ rôto lồng sóc hai cấp tốc ñộ kiểu A61-4/2; Pñm = 7,5/10kW; nñm = 1460/2890 vòng/phút. -

01 ñộng cơ truyền ñộng bơm dầu bôi trơn kiểu ДΠT-21/4; Pñm = 0,26kW; nñm =

-

1400 vòng/phút. 01 ñộng cơ truyền ñộng cơ cấu ăn dao là ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập mã hiệu ΠЂCT-42; Pñm = 1,6kW; Uñm = 220V; nñm = 1500 vòng/phút.

Một máy ñiện khuếch ñại từ trường ngang MðKð. Ngoài ra còn có một số ñộng cơ không ñồng bộ truyền ñộng các cơ cấu phụ khác. + Hệ truyền ñộng chính của máy doa 2620: ðược thể hiện như trên hình vẽ. Sơ ñồ mạch gồm hai phần: Mạch ñộng lực và mạch ñiều khiển. Trên mạch ñộng lực gồm 2 ñộng cơ: - ðộng cơ ðB dùng ñể bơm dầu thủy lực. - ðộng cơ ð là ñộng cơ quay của truyền ñộng chính, là ñộng cơ không ñồng bộ rôto lồng -

sóc hai cấp tốc ñộ. Mỗi pha của ñộng cơ ð có 2 cuộn dây, mục ñích ñể nối ∆ khi chạy với tốc ñộ n = 1480v/p, nối YY khi tốc ñộ là n = 289v/p. Trên mạch ñiều khiển: Việc chuyển ñổi tốc ñộ từ thấp ñến cao tương ứng với chuyển ñổi từ nối ∆ thành YY và ngược lại ñược thực hiện bởi tay gạt cơ khí 2KH(5) liên quan ñến thiết bị chuyển ñổi tốc ñộ. Nếu tiếp ñiểm 2KH(5) hở, dây quấn ñộng cơ ñấu tương ứng với tốc ñộ thấp. Tiếp ñiểm 2KH(5) kín, dây quấn ñộng cơ ñược ñấu YY tương ứng tốc ñộ cao. Tiếp ñiểm, 1KH liên quan ñến thiết bị chuyển ñổi tốc ñộ trục chính, nó ở trạng thái hở trong thời gian chuyển ñổi tốc ñộ và chỉ kín khi ñã chuyển ñổi xong. a) Khởi ñộng: Giả sử muốn ñộng cơ quay thuận: Ấn vào nút nhấn MT(1) -> cuộn dây 1T (1) -> tiếp ñiểm 1T (1,2) -> cuộn dây KB (2) -> tiếp ñiểm KB (2). 1T (1,2) + KB (2) tạo thành mạch duy trì cho nút nhấn MT.

Tiếp ñiểm KB (4) -> Cuộn dây Ch (4) + cuộn dây rơle thời gian RTh (7) -> Sau thời gian chỉnh ñịnh, tiếp ñiểm thường kín mở chậm RTh (4) -> cuộn dây Ch (4); ñồmg thời tiếp ñiểm thường mở ñóng chậm RTh (5) -> cuộn dây 1Nh (5) -> tiếp ñiểm 1Nh (6) -> cuộn dây 2 Nh (6). Như vậy kết quả của việc ẩn nút MT làm: KB , 1T , Ch . Sau một thời gian chỉnh ñịnh: KB , 1T , Ch , 1Nh , 2 Nh . - Khi KB -> ðộng cơ ðB quay. - Khi 1T + Ch -> ðộng cơ ð quay thuận, nối ∆. - Sau một thời gian chỉnh ñịnh: 1T , 1Nh , 2 Nh -> ðộng cơ ð nối YY (Y kép). * Khi 2 KH (5) : ðộng cơ ð không nối ñược YY. * Khi 1KH (4) : Mạch lực ở giai ñoạn chuẩn bị, chưa làm việc. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

115

suu tam: [email protected] b) Chế ñộ hãm máy: Người ta sử dụng rơle kiểm tra tốc ñộ RKT nối trục với ñộng cơ ð (không thể hiện trên hình vẽ), các phần tử của nó thì có. Rơle RKT làm việc theo nguyên tắc ly tâm, khi tốc ñộ lớn hơn 10% tốc ñộ ñịnh mức, nếu quay thuận thì tiếp ñiểm RKT − 1 (8), nếu quay ngược thì RKT − 2 (11). Giả sử ñộng cơ ð ñang quay thuận: 1T , KB , Ch và 1Nh + 2 Nh (tùy vào 1KH, 2KH),

RTh , RKT − 1 (8), cuộn dây RTr (10) => Dẫn ñến: cuộn dây 1RH (8) -> 1RH (13,14). Khi hãm: ấn vào D(1) -> cuộn dây 1T (1), KB (2) -> tiếp ñiểm KB (4) -> các cuộn dây

Ch + 1Nh + 2 Nh + RTh -> tiếp ñiểm Ch (13) + tiếp ñiểm RTh (13) (ñóng lại) -> cuộn dây 2 N (14) => ðảo 2 trong 3 pha của ñộng cơ ð, ñộng cơ ð thực hiện chế ñộ hãm ngược, tốc ñộ gảim dần. Khi tốc ñộ giảm xuống dưới 10% tốc ñộ ñịnh mức thì RKT − 1 (8) -> 1RH (8) ->

1RH (13,14) -> cuộn dây 2 N (14) -> ðộng cơ chạy tự do về tốc ñộ 0. Do dòng ñiện hãm lớn nên trong quá trình hãm người ta ñưa thêm ñiện trở phụ Rf vào. c) Chế ñộ thử máy: - Là chế ñộ không duy trì (ñối với nút nhấn). - ðộng cơ chạy ở tốc ñộ thấp. Giả sử muốn thử thuận: Nhấn nút thử thuận TT(12) -> 2T (12) -> ðộng cơ ð ñược nối ∆ và trong mạch có ñiện trở phụ Rf -> tốc ñộ thấp.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

116

suu tam: [email protected] A

B

C

1CC

1CC

2N 2T 1N 1T 2N

2T 1T

1CC

1N 1N 1T 2N 2T 2CC

Rf

Rf

Rf 1RN KB

Ch 1Nh

Ch

1Nh

Ch

2RN

1Nh

2Nh

2Nh

ðB

ð

2

1T

1N

1

KB

1RN 2RN 1T

3

1Nh

2Nh

RTh

7 RKT-1

2RH

1RH

RKT-2 2N

1N

2RH

1RH 2T

2T

2N

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

KB

TT 2RH

13 14

2RH

RTr

10

12

RTr

1T

1RH

9

11

1KH 2KH

1Nh

6

8

MN

Ch

RTh RTh

5

1T KB 1N

1N

KB

4

D

MT

1RH

Ch

RTh

TN

117

suu tam: [email protected] 7-2. TRANG BỊ ðIỆN - ðIỆN TỬ MÁY TIỆN 7.2.1 ðặc ñiểm công nghệ Nhóm máy tiện rất ña dạng gồm các máy tiện ñơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện ñứng... Trên máy tiện có thể thực hiện ñược nhiều công nghệ tiện khác nhau: Tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt ñầu, tiện côn, tiện ñịnh hình. Trên máy tiện cũng có thể thực hiện doa, khoan và tiện ren bằng các dao cắt, dao doa, tarô ren... Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ vài milimet ñến hàng chục met (máy tiện ñứng). Chuyển ñộng chính: Là chuyển ñộng quay chi tiết với tốc ñộ góc ωct. Mômen tỉ lệ nghịch với tốc ñộ: M ~

1

ω

. Người ta ñiều chỉnh sao cho khi tốc ñộ bé ω < ωgh thì giữ cho mômen

không ñổi (M = const), còn khi ω > ωgh thì mômen biến ñổi theo ñúng quy luật M ~

1

ω

.

Chuyển ñộng ăn dao: Là chuyển ñộng di chuyển của dao. Bàn dao chuyển ñộng tịnh tiến dọc theo chi tiết (tiện dọc) hoặc vuông góc với trục chi tiết (tiện ngang). Mômen M=const. ở máy tiện nhỏ thường truyền ñộng ăn dao ñược thực hiện từ ñộng cơ truyền ñộng chính, còn ở những máy tiện nặng thì truyền ñộng ăn dao ñược thực hiện từ một ñộng cơ riêng là ñộng cơ một chiều cấp ñiện từ máy ñiện khuếch ñại hoặc bộ chỉnh lưu có ñiều khiển. 7.2.2 Sơ ñồ ñiều khiển truyền ñộng chính của máy tiện 1A660 Máy tiện nặng 1A660 ñược dùng ñể gia công các chi tiết bằng gang hoặc bằng thép có trọng lượng dưới 250KN, ñường kính chi tiết lớn nhất có thể gia công trên máy là 1,25m. Công suất của ñộng cơ truyền ñộng chính: 55KW. Truyền ñộng ăn dao ñược thực hiện từ ñộng cơ truyền ñộng chính. 7.2.2.1 Mạch ñộng lực Truyền ñộng chính ñược thực hiện từ hệ thống F-ð. ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ bằng cách thay ñổi dòng kích từ của ñộng cơ, còn sức ñiện ñộng của máy phát ñược giữ không ñổi. RCB

K2

RH

K2

F

Rh

§G

RC

RG1

§

RD1

Trên sơ ñồ mạch ñộng lực, ñộng cơ ð ñược cấp ñiện từ máy phát F. ðể ñộng cơ ð có ñiện thì tiếp ñiểm của rơle ðG phải ñóng lại và tiếp ñiểm K2 mở ra ( § G + K 2 ). ðoạn mạch gồm hai tiếp ñiểm K2 và ñiện trở Rh là mạch hãm ñộng năng. RC là Rơle dòng ñiện dùng ñể bảo vệ quá dòng. Khi dòng ñiện trong ñộng cơ nhỏ hơn giá trị giới hạn cho phép thì Rơle RC ở mạch ñộng lực chưa tác ñộng, do ñó tiếp ñiểm thường kín RC ở dòng số 9 của mạch ñiều khiển vẫn ở trạng thái ñóng ( RC (9)). Khi dòng trong ñộng cơ

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

118

suu tam: [email protected] vượt quá giá trị giới hạn thì rơle RC tác ñộng, mở tiếp ñiểm thường kín RC (9), cắt nguồn cấp cho các nhánh số 9, 10, 11 của mạch ñiều khiển. RCB và RH là hai rơle áp, giá trị tác ñộng của hai rơle này khác nhau: Utñ.RCB = UF.ñm, Utñ.RH = 10%UF.ñm. Trong ñó UF.ñm là giá trị ñịnh mức của ñiện áp máy phát. RG1 và RD1 là hai cuộn dòng của các rơle RG và RD, cuộn áp tương ứng là RG2 và RD2. Mỗi rơle RG và RD có hai cuộn dây là cuộn dòng và cuộn áp nối nối tiếp nhau. Khi cuộn áp có ñiện thì sức từ ñộng của nó sinh ra lực hút làm tiếp ñiểm của rơle tương ứng ñóng lại. Nếu dòng ñiện phần ứng vượt quá giá trị cho phép thì sức từ ñộng của cuộn dòng ñiện tạo ra lực ñẩy ñủ lớn thắng lực hút của cuộn áp làm tiếp ñiểm của rơle tương ứng nhả ra. 7.2.2.2 Mạch kích từ a- Mạch kích từ ñộng cơ Trong mạch kích từ ñộng cơ, CKð là cuộn kích từ cho ñộng cơ ð. RNT là rơle dòng ñiện bảo vệ thiếu từ thông, ñảm bảo không cho φð ~ 0 sẽ làm cho tốc ñộ ñộng cơ quá lớn. Giá trị tác ñộng của RNT nhỏ hơn dòng kích từ nhỏ nhất ñể tạo ra tốc ñộ lớn nhất của ñộng cơ. Ví dụ: Giả sử tốc ñộ lớn nhất cho phép của ñộng cơ là ωmax = 2.ωñm , dòng ñiện kích từ ñịnh mức của ñộng cơ là ICKð ñm = 10A thì dòng ñiện kích từ ñể tạo ra ωmax sẽ là ICKð = 5A, khi ñó giá trị tác ñộng của RNT phải là Itñ.RNT < ICKð, trong trường hợp này có thể là Itñ.RNT=4,9A. K2 CK§

RNT

RT

§KT R®

K3

K3

K1

RD

§G

1

1C

Tiếp ñiểm của RNT trên mạch ñộng lực là RNT(9), khi RNT tác ñộng thì RNT (9). RT là Rơle dòng ñiện, có giá trị tác ñộng bằng ICKð ñm. ðKT là biến trở ñiều chỉnh dòng kích từ ñộng cơ, khi ñiều chỉnh tăng RðKT thì φð giảm, dẫn ñến ωð tăng và ngược lại. b- Mạch kích từ máy phát Trong mạch kích từ máy phát, cuộn CKF là cuộn kích từ của máy phát F, có thể ñảo chiều nhờ cầu tiếp ñiểm T(2)+N(2). ñảo chiều ñiện áp máy phát sẽ ñảo chiều quay ñộng cơ. T (2) sẽ làm ñộng cơ quay thuận và N (2) sẽ làm ñộng cơ quay ngược.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

119

suu tam: [email protected] N

T 2C

T N

RG2

RD2 K2

§G CKF

Rf

N

2

K1 §G T

7.2.2.3 ðiều kiện ñể máy làm việc Máy chỉ có thể làm việc, tức là ñộng cơ chỉ có thể khởi ñộng ñược khi tất cả các ñiều kiện liên ñộng sau ñược ñảm bảo: - ðủ dầu bôi trơn: Tiếp ñiểm DBT(16) kín, làm cho công-tắc-tơ K4(16) có ñiện. - Chế ñộ làm việc của máy ñã ñược chọn: Tiếp ñiểm CTC1 hoặc CTC2 kín. •

Chọn chế ñộ quay thuận: Gạt tay gạt trên mặt máy ñể cho CTC1 (14), dẫn ñến 1RL § (14), làm cho 1RL § (3)+ 1RL § (3,4).

•

Chọn chế ñộ quay ngược: Gạt tay quay trên mặt máy cho CTC 2 (15), dẫn ñến 2 RL § (15), làm cho 2 RL § (4) + 2 RL § (3,4).

- Trị số tốc ñộ ñặt ñã ñược chọn: Tiếp ñiểm Tð(10). - ðủ từ thông kích từ cho ñộng cơ: RNT (1) dẫn ñến RNT (9). - Các bánh răng trong hộp tốc ñộ ñã ăn khớp hoàn toàn: Các tiếp ñiểm 1KBR (21), 2 KBR (21), 3KBR (21), 4 KBR (21).

7.2.2.4 Khởi ñộng Giả sử muốn ñộng cơ quay thuận, ấn nút M1(5) làm cho cuộn dây L§ T (5), do ñó tiếp ñiểm L§ T (10), dẫn ñến cuộn dây K1 (10), sẽ làm cho tiếp ñiểm K1 (3) và tiếp ñiểm L§ T (3), nên cuộn dây T (3), dẫn ñến tiếp ñiểm T (11), làm cho cuộn dây § G (11), do ñó tiếp ñiểm

§ G (12) và ñiều này dẫn ñến cuộn dây K 2 (12). Như vậy, kết quả của việc ấn nút M1(5) sẽ dẫn ñến các cuộn dây sau ñây có ñiện: K1 , T ,

§G , K2 . Lưu ý: Cuộn hút LðT(5) không ñược duy trì bởi nút nhấn M1. Cuộn dây K1(10) ñược duy trì bởi cặp tiếp ñiểm nối tiếp nhau K1(10)+K2(10). Khi ấn nút M1(5), trên mạch ñộng lực tiếp ñiểm thường mở ðG ñóng lại và các tiếp ñiểm thường kín K2 mở ra, do ñó ñộng cơ ð ñược cấp ñiện. Ở mạch kích từ của ñộng cơ lúc này ta có: Do cuộn dây K 2 (12) nên tiếp ñiểm K 2 (1) nối tắt loại ñiện trở Rñ ra khỏi mạch kích từ ñộng cơ. Ngoài ra, do cuộn dây § G (11) nên tiếp ñiểm

§ G (1) và do cuộn dây K 3 (13) lúc này chưa ñược cấp ñiện nên tiếp ñiểm thường kín K 3 (1), làm cho ñiện trở ðKT cũng bị nối ngắn mạch. Vì vậy, dòng ñiện ñi qua cuộn dây kích từ của

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

120

suu tam: [email protected] ñộng cơ CKð lúc này sẽ bằng dòng kích từ ñịnh mức (ICKð=ICKð.ñm) nên từ thông kích từ cho ñộng cơ lúc này bằng giá trị ñịnh mức (φð=φðñm). Ở mạch kích từ máy phát: Do cuộn dây K 2 (12) nên tiếp ñiểm K 2 (2) và do cuộn dây T (3) nên tiếp ñiểm T (2). K 2 (2) và T (2) sẽ làm cho cuộn áp của rơle RG có ñiện: RG (2) (lúc này

RD (2) do K1 ), nên tiếp ñiểm RG (2) làm nối tắt ñiện trở Rf. Vì vậy dòng ñiện ñi qua cuộn kích từ CKF của máy phát bằng ñịnh mức ( ICKF = ICKF.ñm) nên từ thông kích từ cho máy phát bằng giá trị ñịnh mức (φF=φFñm). ðiện áp máy phát nhanh chóng tiến ñến giá trị ñịnh mức và ñộng cơ ñược khởi ñộng với giá trị ñịnh mức. Việc khởi ñộng cưỡng bức này làm cho tốc ñộ ñộng cơ tăng nhanh nhưng dòng ñiện qua ñộng cơ Ið sẽ rất lớn, do vậy cần phải có biện pháp hạn chế ñể Ið không vượt quá giá trị giới hạn cho phép Ighð. Nếu dòng Ið tăng ñến giá trị vượt quá giới hạn cho phép: Ið ≥ Ighð thì cuộn dòng của rơle RG sẽ sinh ra lực ñẩy ñủ lớn làm cho tiếp ñiểm RG (2), do ñó ñiện trở Rf ñược nối tiếp với cuộn kích từ máy phát CKF làm dòng kích từ ICKF giảm nên từ thông kích từ máy phát φF giảm làm ñiện áp máy phát giảm (UF = KφFωF), do ñó dòng ñiện Ið giảm xuống. Khi dòng ñiện Ið giảm về dưới giá trị giới hạn : Ið < Ighð thì lực ñẩy do cuộn dòng của rơle RG sinh ra không ñủ lớn nên tiếp ñiểm RG (2), Rf bị nối tắt làm dòng kích từ máy phát ICKF lại tăng lên dẫn ñến φF tăng làm ñiện áp máy phát tăng, do ñó dòng ñiện qua ñộng cơ Ið tăng. Quá trình ñược lặp lại. Việc ñóng mở của rơle RG ñể cho dòng Ið không thể vượt quá giá trị cho phép như trên gọi là hạn chế dòng ñiện theo nguyên tắc rung. Mặc dù có sự biến thiên dòng ñiện trong quá trình rung nhưng tốc ñộ ñộng cơ vẫn cứ tăng do quán tính. Khi dòng ñiện Ið ñã tiến ñến giá trị ổn ñịnh thì chấm dứt quá trình rung, tiếp ñiểm RG (2) và tốc ñộ ñộng cơ tăng ñến giá trị ñịnh mức. Khi ñiện áp máy phát bằng giá trị ñịnh mức (UF = UFñm) thì rơle RCB trên mạch ñộng lực tác ñộng (Utñ.RCB = UFñm), làm tiếp ñiểm RCB (13) nên cuộn hút K 3 (13) ñược cấp ñiện, làm tiếp ñiểm K 3 (1), biến trở ðKT ñược nối tiếp với cuộn CKð do ñó dòng kích từ của ñộng cơ giảm xuống, làm φð giảm và tốc ñộ ñộng cơ tăng trên tốc ñộ cơ bản (ωð>ωñm). ðể ñiều chỉnh tốc ñộ của ñộng cơ ta ñiều chỉnh dòng kích từ của ñộng cơ bằng cách dịch chuyển biến trở ðKT. 7.2.2.5 Mạch thử máy Phân tích thử thuận: ðể thử máy theo chiều thuận ta nhấn nút TT giữa dòng 3 và 4: TT (3,4), dẫn ñến cuộn dây T (3) làm ñóng tiếp ñiểm T (11), do ñó cuộn dây § G (11) làm ñóng tiếp ñiểm § G (12), do ñó cuộn dây K 2 (12). Như vậy kết quả của việc nhấn nút TT (3,4) sẽ làm các cuộn dây sau ñây có ñiện: T ,

§ G , K2.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

121

suu tam: [email protected] Như vậy so với việc nhấn nút M 1 (5) thì việc nhấn nút TT (3,4) sẽ không cấp ñiện cho cuộn dây K1 do ñó không duy trì cho K3(13). Khi thử máy thì các công tắc tơ LðT hoặc LðN không có ñiện nên T hoặc N chỉ có ñiện khi ấn nút TT hoặc NN. Lúc này trên mạch ñộng lực tiếp ñiểm § G và tiếp ñiểm thường kín K 2 , ñộng cơ ñược phép làm việc. Trên mạch kích từ của ñộng cơ, K 2 (1) nên ñiện trở Rð bị nối ngắn mạch, và § G (1) cùng với K 3 (13) nên K 3 (1) làm ðKT bị nối ngắn mạch. Kết quả là dòng qua cuộn kích từ ñộng cơ bằng ñịnh mức, do ñó rơle dòng ñiện RT(1) tác ñộng làm RT (13) cùng với việc

K1 (13) nên cuộn dây K 3 (13). Vì K 3 nên biến trở ðKT bị nối tắt, từ thông ñộng cơ luôn ñược giữ bằng ñịnh mức trong quá trình thử máy, tốc ñộ ñộng cơ không thể vượt quá giá trị ñịnh mức. Trong mạch kích từ máy phát, T (2) và K 2 (2) nên RG 2 (2), làm ñiện trở Rf bị nối tắt, dòng kích từ của máy phát bằng giá trị ñịnh mức, do ñó ñiện áp máy phát UF = UFñm, ñộng cơ ñược khởi ñộng cưỡng bức, do ñó khi ấn nút thử máy sẽ diễn ra quá trình hạn chế dòng ñiện theo nguyên tắc rung. Khi thả nút ấn TT(3,4), ñộng cơ sẽ thực hiện hãm tái sinh do sức ñiện ñộng máy phát giảm dần, còn từ thông ñộng cơ ñược giữ ở giá trị ñịnh mức. Giai ñoạn cuối cùng là hãm ñộng năng, ñược bắt ñầu khi ñiện áp máy phát giảm ñến trị số nhả của rơle RH. Cuộn dây các công tắc tơ

§ G (11) và K 2 (12), cắt phần ứng ñộng cơ ra khỏi máy phát và ñóng vào ñiện trở hãm Rh. 7.2.2.6 Chế ñộ ñiều khiển tốc ñộ từ xa ðể ñiều khiển tốc ñộ từ xa, người ta dùng ñộng cơ servo ð1 và các nút ấn M1, M2, M3. ðộng cơ ð1(20) ñược kích từ nối tiếp bởi cuộn dây CKð1, ñảo chiều quay ñộng cơ ð1 bằng cách ñảo chiều dòng kích từ nhờ vào cầu tiếp ñiểm KN(20) + KT(20). Khi muốn giảm tốc, nhấn nút M 3 (9) làm cuộn dây KN (9), do ñó tiếp ñiểm KN (20) làm ñộng cơ ð1 quay biến trở ðKT về bên trái làm tăng dòng kích từ ñộng cơ ð, do ñó tốc ñộ ñộng cơ ð giảm xuống. Khi muốn tăng tốc, nếu ñộng cơ ñang quay thuận thì ta ấn M1(5) còn nếu ñộng cơ ñang quay ngược thì ta ấn M2(7). Giả sử ñộng cơ ñang quay thuận, ta ấn nút M1(5) dẫn ñến cuộn dây L§ T (5) do ñó tiếp ñiểm L§ T (5,6), lúc này RCB nên RCB (6) vì vậy 3L§ T (6). Kết quả là cuộn dây KT (8) do ñó tiếp ñiểm KT (20) làm ñộng cơ ð1 quay biến trở ðKT về bên phải làm giảm dòng kích từ ñộng cơ ð, tốc ñộ ñộng cơ ð tăng lên. 7.2.2.7 Quá trình hãm dừng máy Quá trình hãm bắt ñầu khi ấn nút D(9) và diễn ra qua 3 giai ñoạn: ðầu tiên là giai ñoạn hãm tái sinh do tăng dòng kích từ lên giá trị ñịnh mức. Khi ấn nút D(9) sẽ làm cho cuộn dây K1 (10), dẫn ñến các tiếp ñiểm của nó là K1 (13), K1 (3) và K1 (1). Tiếp ñiểm K1 (1) làm cho biến trở ðKT bị ngắn mạch, dòng ñiện qua cuộn kích từ ñộng cơ sẽ tăng ñến giá trị ñịnh mức. Lúc này sức ñiện ñộng máy phát vẫn ñược giữ ñịnh mức. Khi dòng GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

122

suu tam: [email protected] kích từ ñộng cơ ñạt ñến giá trị ñịnh mức thì rơle dòng ñiện RT(1) tác ñộng, làm cho tiếp ñiểm của nó RT (13), do ñó cuộn dây K 3 (13). Kết quả là các tiếp ñiểm K1 (3) và K 3 (4) làm mất ñiện các công tắc tơ N và T, do ñó cắt ñiện cuộn kích từ máy phát ở dòng số 2. ðộng cơ chuyển sang quá trình hãm tái sinh thứ hai do sức ñiện ñộng máy phát giảm dần, còn từ thông ñộng cơ ñược giữ ở trị số ñịnh mức. Giai ñoạn cuối cùng là hãm ñộng năng, ñược bắt ñầu khi ñiện áp máy phát giảm ñến trị số nhả của rơle RH (Utñ.RH = 10%UFñm) thì tiếp ñiểm của nó RH (11) và RH (12), do ñó cuộn dây công tắc tơ § G (11), tiếp ñiểm của nó § G (12) làm công tắc tơ K 2 (12). Trên mạch ñộng lực tiếp ñiểm § G cắt ñộng cơ khỏi nguồn máy phát và các tiếp ñiểm K 2 ñóng ñộng cơ vào ñiện trở hãm Rh, ñộng cơ thực hiện hãm ñộng năng. Trong quá trình hãm, dòng ñiện phần ứng ñộng cơ ñược hạn chế theo nguyên tắc rung nhờ rơle hai cuộn dây RD. Tác ñộng của rơle này tương tự như rơle RG. 7.2.2.8 Mạch tín hiệu Trong sơ ñồ, ñèn ðH1 dùng ñể báo hiệu trạng thái bình thường và ñèn BH2 báo hiệu về trạng thái không bình thường của hệ thống dầu bôi trơn. Khi máy ñang làm việc mà không ñủ dầu bôi trơn thì không những ñèn ðH2 sáng lên mà còn có cả tín hiệu còi.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

123

suu tam: [email protected]

RCB

F ðG

K2 K2

RH

ð RD1

RG1

RC

+ CKð

RNT

-

ð1

K2 ðKT

RT

1 K3

Rñ

K3

ðG

RD

K1

1C T

N T

N

2C

RD2 K1 ðG

RG CKF

K2

2

RG2

RF

N

T T

K1

LðT TT

N

1RLð

T

3

N

4

LðT

5

2RLð TN

K3

1RLð

LðN

2RLð

T

N M1 LðT

(2)

(3)

3RLð

RCB

6

M2 LðN

LðN

3RLð

7 2KX

3RLð KN RNT

D

RC

8

KT

M3 KT

Tð

RH

4RLð

1KX

◦◦ LðN

K4 LðT

KN

9

10

K1

T K1

N

K2 ðG

RH ðG

12

K2 RT

RCB

K3

K1

CTC1

13

1RLð

2RLð

14

2RLð

1RLð

CTC2

11

15

DBT

K4

17 ðH2

K4 KT

KN

C

K1

18 19

ð1

CKð1 KN

16

ðH1

K4

20

KT 4RLð

21 1KBR

2KBR

3KBR

4KBR

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

124

suu tam: [email protected] 7-3. TRANG BỊ ðIỆN-ðIỆN TỬ MÁY BÀO GIƯỜNG 7.3.1 ðặc ñiểm công nghệ, các yêu cầu ñối với truyền ñộng ñiện và trang bị ñiện Chu kỳ làm việc gồm hai hành trình: + Hành trình thuận: Cắt gọt kim loại. + Hành trình ngược: ðưa chi tiết về lại vị trí ban ñầu ñể chuẩn bị cho chu kỳ kế tiếp. Giản ñồ thời gian hoạt ñộng của máy ñược biểu diễn như hình vẽ. + 0 ÷ t1: Máy khởi ñộng không tải, tốc ñộ tăng từ 0÷Vo. Vo = (5÷12)m/ph. Với tốc ñộ này cho phép dao dần ñi vào chi tiết. + t1 ÷ t2: Chạy với tốc ñộ Vo, dao ñã ăn vào chi tiết. + t2 ÷ t3: Tăng tốc từ Vo ÷ Vth. Giá trị tốc ñộ Vth phụ thuộc vào kim loại gia công và chi tiết. + t3 ÷ t4: Thời gian thực hiện cắt gọt kim loại. + Tại t4: Dao chuẩn bị ra khỏi chi tiết, lúc này người ta cần giảm tốc về Vo ñể dao ra khỏi chi tiết mà không làm hỏng chi tiết. + t4 ÷ t5: Giảm tốc ñộ từ Vth ÷ Vo. + t5 ÷ t6: Chạy với tốc ñộ Vo ñể dao ra khỏi chi tiết. + Tại t6 : Dao ñã ra khỏi chi tiết, thực hiện chế ñộ hãm dừng từ t6 ÷ t7. + t6 ÷ t7: Thực hiện chế ñộ hãm tốc ñộ về 0. + t7 ÷ t8: Thời gian khởi ñộng ngược ñưa bàn về vị trí ban ñầu với tốc ñộ Vng. + Tại t9: Bàn ñã chuẩn bị về gần ñiểm xuất phát, cần giảm tốc ñộ về Vo ñể hãm dừng bàn tại ñiểm xuất phát. + t9 ÷ t10: Giảm tốc ñộ từ Vng ÷ Vo. + t11: Chạy với tốc ñộ Vo. + t11 ÷ t12: Giảm tốc ñộ từ Vo ÷ 0. Sau ñó khởi ñộng lại cho chu kỳ mới. Trong một chu kỳ làm việc, ñộng cơ thường xuyên làm việc ở chế ñộ quá ñộ. Các chế ñộ hoạt ñộng của máy: Khởi ñộng, tăng tốc, giảm tốc, hãm máy, dừng, ñảo chiều. ðể tăng năng suất của máy, thường có hai giải pháp: + Giảm thời gian quá ñộ, bằng cách cưỡng bức quá ñộ -> Dòng ñiện trong ñộng cơ rất lớn, do ñó cần có biện pháp hạn chế dòng ñiện khi nó vượt quá giá trị cho phép. + Tăng tốc ñộ Vng. Thường chọn:

Vng Vth

= (2 ÷ 3) / 1 .

7.3.2 Sơ ñồ truyền ñộng chính máy bào giường hệ F-ð ðộng cơ ð: Quay truyền ñộng chính, ñược cấp ñiện từ máy phát F. CKF: Cuộn kích từ của máy phát F, ñược cấp ñiện bởi máy ñiện khuếch ñại KðM. KðM có 4 cuộn kích từ. - Các cuộn CK1,2,3: 3 cuộn nối tiếp nhau, nhận tín hiệu chủ ñạo, tín hiệu phản hồi âm áp, phản hồi dương dòng và phản hồi mềm.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

125

suu tam: [email protected] 1) Tín hiệu chủ ñạo: Lấy trên biến trở BTT (tương ứng với chế ñộ quay thuận) hoặc trên BTN (tương ứng với chế ñộ quay ngược), tạo ra dòng trên các cuộn CK1,2,3 qua các phần tử CFF, CFð, 5R, 1R, BTT, 8R, BTN. 2) Phản hồi âm áp: 1R ñược nối song song với uF (nối song song với máy phát F) -> Khi hệ thống làm việc, trên 1R có ñiện áp ua ~ uF, ua cũng tạo ra dòng ñiện chảy qua CK1,2,3, cực tính của dòng ñiện này ngược với dòng ñiện do uCð sinh ra => Do ñó phản hồi này là phản hồi âm áp. 3) Phản hồi dương dòng: Khi hệ thống làm việc, trên cuộn phụ của máy phát & ñộng cơ là CFF & CFð sẽ có sụt áp ui ~ I.(RCFF + RCFð) -> ui tạo ra dòng ñiện chạy trong CK1,2,3 cùng chiều với dòng do uCð tạo ra => Phản hồi dương dòng. 4) Phản hồi mềm: Lấy trên cầu cân bằng gồm có: 2 phần của ñiện trở 2R, ñiện trở 4R, và cuộn CKF (hình vẽ). Một ñường chéo của mạch cầu nối với máy ñiện khuếch ñại KðM. ðường chéo còn lại nối với ñiện trở 5R. Ta dịch chuyển biến trở 2R ñể khi ñộng cơ làm việc ở chế ñộ tĩnh thì cầu cân bằng, khi ñó u5R = 0. Còn khi ñộng cơ làm việc ở chế ñộ ñộng, cầu mất cân bằng -> u5R ≠ 0, do ñó sẽ có dòng ñiện chạy qua các cuộn dây CK1,2,3 có chiều chống lại sự thay ñổi ñó làm cho hệ nhanh chóng ổn ñịnh. CKF

4R

5R

2R K§M

ðiện áp ñặt vào các cuộn CK1,2,3: uñk = uCð - ua ± u5R + ui Ở chế ñộ tĩnh: u5R = 0. => uñk = uCð - ua + ui = uCð - (ui - ua) = uCð - C.ω Khi khởi ñộng: ω = 0 -> uñk = uCð -> ðiện áp ñặt vào các cuộn CK1,2,3 rất lớn -> dòng lớn, gây nguy hiểm cho các cuộn này (do máy thường xuyên khởi ñộng). ðể bảo vệ các cuộn dây CK1,2,3, người ta tạo cho nó một khâu phân mạch, khâu này gồm có: 2 bóng ñèn Bð có ñiện trở phi tuyến, ñiện trở 6R, các cặp van 1V-3V,2V-4V, ñiện trở 3R, trên 3R ñặt ñiện áp USS. Khi ñiện áp trong các cuộn CK1,2,3 vượt quá giá trị cho phép (USS), thì các bóng ñèn Bð tăng ñiện trở -> làm cho dòng iñk chảy vào các cuộn CK1,2,3 không tăng. ðồng thời các cặp van 1V-3V hoặc 2V-4V mở tạo ñường cho dòng phân mạch chảy không qua CK1,2,3. 5) Cuộn CK4: Là cuộn phản hồi âm dòng có ngắt. ðối với những máy thường xuyên làm việc quá tải như máy xúc, máy cán. Khi quá tải hoặc ngắn mạch, người ta không sử dụng bảo vệ quá tải ñể cắt nó ra khỏi lưới ñiện vì làm thế thì năng suất máy thấp. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

126

suu tam: [email protected] ðể ñảm bảo năng suất của máy, người ta tạo cho hệ thống một ñường ñặc tính cơ dạng máy xúc.

ωo A

B

C

0 I ng

M(I)

I nm

+ Khi I < Ing -> ðộng cơ làm việc trên ñặc tính cơ tự nhiên. + Khi I > Ing -> ðộng cơ chuyển sang làm việc trên ñoạn BC. Mục ñích của ñoạn BC: tạo ra dòng Inm bé. Khâu tạo ra ñặc tính cơ BC là khâu phản hồi âm dòng có ngắt. + Khi dòng ñiện của ñộng cơ Ið < Ing thì ui <

U SS : Các van 1V và 2V bị khóa -> Cuộn 2

CK4 không có tín hiệu. U SS : Tuỳ theo cực tính làm cho van 1V 2 hoặc 2V thông -> trên cuộn CK4 có dòng ñiện -> Sức từ ñộngtổng của hệ thống giảm nhỏ, kết quả là giảm ñiện áp ra ñể giảm Inm.

+ Khi dòng ñiện của ñộng cơ Ið > Ing thì ui >

* Mạch ñiều khiển: - Công tắc 1KC và 2KC: ðịnh hành trình thực tùy theo chiều dài chi tiết. KC: Giới hạn hành trình dài nhất khi chế tạo. Khi bào ở ñầu hành trình thuận, nó ấn vào công tắc 2KC, khi bào chạy về cuối hành trình thuận, nó ấn vào công tắc 1KC. Giả sử bàn ở dầu hành trình thuận, bàn ấn vào công tắc 2KC -> tiếp ñiểm 2 KC − 1 (10),

2 KC − 2 (14). Khi khởi ñộng ta ấn vào nút nhấn MT(7) (lúc này giả sử ñã ñủ dầu áp lực ñể RAL (6)) > cuộn dây KL (6) -> các tiếp ñiểm KL (9) + KL (10) + KL (14) -> cuộn dây T (9) -> tiếp ñiểm T (13) + T (5) + T (10) -> cuộn dây R (13) -> tiếp ñiểm R (5-6). Và lúc này cuộn dây

RC (14) do KL (14) + 2 KC − 2 (14), dẫn ñến tiếp ñiểm RC (2-3). Như vậy kết quả quan trọng của việc nhấn nút MT(7) sẽ làm các tiếp ñiểm sau dây ñóng lại: R (5-6) + T (5) + RC (2-3). ðiện áp uCð ñặt trên biến trở BTT nhưng do tiếp ñiểm RC (2-3) ngắn mạch một phần BTT nên uCð giảm nhỏ nên ñộng cơ chỉ khởi ñộng không tải và làm cho tốc ñộ tăng từ 0÷Vo ñể cho dao ñi vào chi tiết (bàn chạy thuận). GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

127

suu tam: [email protected] Với tốc ñộ Vo dao ñi vào chi tiết. Tại thời ñiểm t2, bàn thôi ấn vào 2KC -> tiếp ñiểm

2 KC − 2 (14) -> cuộn dây RC (14) -> tiếp ñiểm RC (2-3), uCð phụ thuộc vào vị trí của biến trở BTT, do ñó uCð tăng lên tương ứng với chế ñộ tăng tốc từ Vo÷Vth. Và khi dao ñã cắt vào chi tiết, công tắc hành trình 2KC không bị ấn nữa, các tiếp ñiểm của nó ñược phục hồi, do ñó tiếp ñiểm 2 KC − 1 (10) chuẩn bị cho hành trình ngược. Tại thời ñiểm t4: Dao chuẩn bị ra khỏi chi tiết. Bàn sẽ ấn vào chổi than 1KH -> làm ngắn mạch một phần biến trở BTT(3) -> làm giảm ñiện áp uCð, ñộng cơ thực hiện chế ñộ hãm từ Vth về Vo. Tại thời ñiểm t6: Dao ñã ra khỏi chi tiết, lúc này bàn ấn vào 1KC -> tiếp ñiểm 1KC − 1 (9) -> cuộn dây T (9) -> tiếp ñiểm T (10) -> cuộn dây N (10) -> tiếp ñiểm N (5)+ T (5), ñiện áp uCð chuyển sang ñặt trên BTN -> ñộng cơ thực hiện chế ñộ hãm tái sinh. Sau ñó ñộng cơ khởi ñộng ngược ñưa bàn trở về vị trí ban ñầu tương ứng với tốc ñộ Vng. Khi bàn máy thực hiện hành trình ngược, công tắc hành trình thôi bị ấn, do ñó tiếp ñiểm

1KC − 1 (9) ñể chuẩn bị cho hành trình kế tiếp. Tại thời ñiểm t9: Bàn ñã chạy về gần ñiểm xuất phát, bàn sẽ ấn vào chổi than 2KH(4) -> ngắn mạch một phần biến trở BTN làm giảm giá trị uCð, ñộng cơ thực hiện chế ñộ hãm tái sinh về Vo. Tại thời ñiểm t11: Bàn ấn vào công tắc hành trình 2KC -> tiếp ñiểm 2 KC − 1 (10) +

2 KC − 2 (14), kết quả là cuộn dây N (10) -> tiếp ñiểm N (9) -> cuộn dây T (9) -> tiếp ñiểm T (5) + N (5). ðiện áp uCð chuyển từ BTN sang BTT, ñộng cơ thực hiện chế ñộ hãm tái sinh

từ Vo÷0 sau ñó khởi ñộng ngược cho chu trình kế tiếp. * Chế ñộ hãm máy: (dừng hẳn hoặc dừng sự cố) Khi dừng máy, ấn nút dừng D, lúc này các cuộn dây KL, N, T ñều mất ñiện, lúc này uCð = 0, do ñó Uñk = - C.ω, ñiều này sẽ gây ra ñột biến về trị số và chiều trong cuộn dây CK1,2,3. ðể tránh ñột biến này, người ta duy trì một lượng ñiện áp nhỏ ñặt trên biến trở 8R(3) nhờ vào việc mở chậm tiếp ñiểm thường mở mở chậm R(5-6). Khi tiếp ñiểm R (5-6) ñã mở ra, U8R = 0, lúc này ñiện áp Ua lấy trên biến trở 1R (mắc song song với máy phát F) ñược chuyển thành giá trị U'a nhờ tiếp ñiểm thường kín ñóng chậm R (trên mạch lực) mục ñích là ñể hoàn thiện nhanh quá trình hãm. Chế ñộ thử máy: ñược thực hiện bằng các nút ấn TT hoặc TN, công tắc tơ KL không làm việc nên hệ thống chỉ làm việc khi còn ấn nút. ðiều kiện làm việc: Sơ ñồ không cho phép ñộng cơ làm việc trong các trường hợp sau ñây: - Không ñủ áp lực dầu trong hệ thống bôi trơn (tiếp ñiểm RAL mở). - Bàn máy di chuyển ra ngoài phạm vi cho phép (tiếp ñiểm KC mở).

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

128

t1

V0

t2 t3

2KC

Uss1

V

ð

Vth

MðKð

5R

V0

t6

R Ua

t7

+

CFF

Ui

1KC

C

C KC

iñk

1KC

t4 t5

CK3

CK2

CK1

1KH

2R 4R

CKF

F

1R

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

KC

CKð

CKK

K

~

Vng

t8 t9

2KH

Bð

Bð

4V

1V

CFð

-

2KC

if

3V

2V

CK4

V0

t10 t11 t12

6R

3R

ð

ð

t

9

8

7

6

14

13

12

11

10

5

4

3

2

1

129

+

KL

T

N

RAL

2KH

R

T

T

D

BTN

2KC-2

2KC-1 MT

1KC-1 MN

KL

KL

TT

8R

TT

TN

MN

MT

KL KL

TN

KL

RC

T

N

KC

N

BTT

RC

R

N

T

KL

-

7R

1KH

N

suu tam: [email protected]

suu tam: [email protected] 7-4. TRANG BỊ ðIỆN-ðIỆN TỬ MÁY MÀI 7.4.1 ðặc ñiểm công nghệ Máy mài có 2 loại chính: Máy mài tròn và máy mài phẳng. Ngoài ra còn có các máy khác nhau: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng .v.v.. Thường trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn, trên ñó kẹp chi tiết và ụ ñá mài, trên ñó có trục chính với ñá mài. Cả 2 ụ ñều ñặt trên bệ máy. Máy mài tròn có 2 loại: Máy mài tròn ngoài và máy mài tròn trong. Trên máy mài tròn chuyển ñộng chính là chuyển ñộng quay của ñá mài, chuyển ñộng ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ ñá dọc trục (ăn dao dọc trục) hoặc chuyển ñộng quay của chi tiết (ăn dao vòng). Chuyển ñộng phụ là chuyển ñộng nhanh của ụ ñá hoặc chi tiết... Máy mài phẳng có 2 loại: Mài bằng biên ñá và mài bằng mặt ñầu. Chi tiết ñược kẹp chặt bàn máy tròn hoặc chữ nhật. Ở máy mài bằng biên ñá, ñá mài quay tròn và chuyển ñộng tịnh tiến ngang so với chi tiết, bàn máy mang chi tiết chuyển ñộng tịnh tiến qua lại. Chuyển ñộng quay của ñá mài là chuyển ñộng chính, chuyển ñộng ăn dao là di chuyển của ñá (ăn dao ngang) hoặc chuyển ñộng của chi tiết (ăn dao dọc). Ở máy mài bằng mặt ñầu ñá, bàn có thể là tròn hoặc chữ nhật, chuyển ñộng quay của ñá là chuyển ñộng chính, chuyển ñộng ăn dao là di chuyển ngang của ñá (ăn dao ngang) hoặc chuyển ñộng qua lại của bàn mang chi tiết (ăn dao dọc). 7.4.2 ðặc ñiểm về truyền ñộng ñiện và trang bị ñiện ðối với truyền ñộng chính, thông thường máy không yêu cầu ñiều chỉnh tốc ñộ, nên sử dụng ñộng cơ không ñồng bộ rôto lồng sóc. Truyền ñộng ăn dao thường sử dụng thủy lực ñối với truyền ñộng ăn dao ngang (máy mài tròn và máy mài phẳng) hoặc thực hiện theo hệ BBð-ðM ñối với máy mài tròn cỡ lớn. 7.4.3 Sơ ñồ truyền ñộng chính máy mài 3A161 Trong sơ ñồ, sử dụng 3 ñộng cơ xoay chiều: + ðộng cơ ðM (7kW, 930 vg/ph) là ñộng cơ quay viên ñá mài. + ðộng cơ ðT (1,7 kW, 930 vg/ph) là ñộng cơ bơm dầu cho hệ thống thuỷ lực ñể thực hiện ăn dao ngang của ụ ñá, ăn dao dọc của bàn máy và di chuyển nhanh ụ ñá ăn vào chi tiết hoặc ra khỏi chi tiết. ðiều chỉnh các van thủy lực bằng các cuộn dây: 1NC và 2NC (trên mạch ñộng lực), ñược ñóng mở bằng các tiếp ñiểm 1RTr và 2RTr. + ðộng cơ ðB (0,125 kW, 2800 vg/ph) bơm nước là mát. ðộng cơ truyền ñộng chính của sơ ñồ là ñộng cơ một chiều ðC (0,76 kW, 250÷2500 vg/ph) quay chi tiết mài. ðộng cơ ðC ñược cấp ñiện từ một khuếch ñại từ nối theo sơ ñồ cầu 3 pha. 6 cuộn dây làm việc cùng với 6 ñiôt nối thành cầu 3 pha: thay ñổi ñược ñiện áp một chiều (cuộn dây làm nhiệm vụ thay ñổi ñiện áp, còn ñiôt biến dòng ñiện xoay chiều thành một chiều > tương ñương với Thyristor. Có 3 cuộn dây ñiều khiển: GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

130

suu tam: [email protected] + CK1: Là cuộn chủ ñạo, nhận tín hiệu chủ ñạo và phản hồi âm áp. Tín hiệu chủ ñạo lấy từ nguồn ngoài qua chỉnh lưu 3CL: 3CL cấp nguồn , cho dòng ñiện ñi theo ñường 3CL-r-1BT-CK1-ðC-KC-3CL. Tín hiệu phản hồi âm áp: Cuộn CK1 + một phần của biến trở 1BT, nối song song với ñộng cơ ðC. Khi làm việc, trên cuộn CK1 sẽ có dòng chạy ngược với dòng do tín hiệu chủ ñạo và tỉ lệ với ñiện áp. + CK2: Là cuộn phản hồi dương dòng, lấy ñiện áp từ thứ cấp máy biến dòng BD, qua chỉnh lưu 2CL ñặt lên biến trở 2BT và cuộn CK2. Vì dòng ñiện sơ cấp của máy biến dòng tỉ lệ với dòng ñiện phần ứng ñộng cơ (I1 = 0,815Iư) nên dòng ñiện trong cuộn CK2 cũng tỉ lệ với dòng ñiện phần ứng. Chiều của dòng qua CK2 chọn cùng chiều (cùng chiều sức từ ñộng) với ñiện áp UCð. + CK3: Là cuộn chuyển dịch, ñể chọn ñược ñiểm làm việc ban ñầu. Tốc ñộ ñộng cơ ñược ñiều chỉnh bằng cách thay ñổi ñiện áp chủ ñạo UCð (nhờ biến trở 1BT). ðể làm cứng ñặc tính cơ khi ñiều chỉnh ở vùng tốc ñộ thấp (nâng cao tín ổn ñịnh tốc ñộ), khi giảm ñiện áp UCð cần phải tăng hệ số phản hồi dương dòng ñiện (?). Vì vậy, người ta ñặt sẵn khâu liên hệ cơ khí giữa các con trượt của 2BT và 1BT. Các phần tử khác: + Cuộn CKð: Cuộn kích từ ñộng cơ. + RKK: Rơle bảo vệ thiếu từ thông. + ðiện trở rh + tiếp ñiểm H (mắc song song với ñộng cơ ðC): Mạch hãm ñộng năng kích từ ñộc lập. * Nguyên lý làm việc của sơ ñồ mạch khống chế: Sơ ñồ cho phép ñiều khiển máy làm việc ở chế ñộ thử máy và chế ñộ thử máy và chế ñộ làm việc tự ñộng. Ở chế ñộ thử máy các công tắc 1CT, 2CT, 3CT ñược ñóng sang vị trí 1. Mở máy ñộng cơ ðT (bơm dầu thủy lực) nhờ ấn nút MT(2), sau ñó có thể khởi ñộng ñồng thời ðM và ðB bằng nút ấn MN. ðộng cơ ðC ñược khởi ñộng bằng nút ấn MC. Ở chế ñộ tự ñộng, quá trình hoạt ñộng của máy gồm 3 giai ñoạn theo thứ tự như sau: 1) ðưa nhanh ụ ñá vào chi tiết gia công nhờ truyền ñộng thuỷ lực, ñóng các ñộng cơ ðC và ðB. 2) Mài thô, rồi tự ñộng chuyển sang chế ñộ mài tinh nhờ tác ñộng của công tắc tơ. 3) Tự ñộng ñưa nhanh ụ ñá ra khỏi chi tiết và cắt ñiện các ñộng cơ ðC, ðB. Trước hết, ñóng các công tắc 1CT, 2CT, 3CT sang vị trí 2. Kéo tay gạt ñiều khiển (ñược bố trí trên máy) về vị trí di chuyển nhanh ụ ñá vào chi tiết (nhờ hệ thống thủy lực). Khi ụ ñá ñi ñến vị trí cần thiết, công tắc hành trình 1KT tác ñộng, ñóng mạch cho cuộn dây công tăc tơ KC và KB, các ñộng cơ ðC và ðB ñược khởi ñộng. ðồng thời truyền ñộng thủy lực của máy ñược khởi ñộng. Quá trình gia công bắt ñầu. Khi kết thúc giai ñoạn mài thô, công tắc hành trình 2KT tác ñộng, ñóng mạch cuộn dây rơle 1RTr. Tiếp ñiểm của nó ñóng ñiện cho cuộn dây nam châm 1NC, ñể chuyển ñổi van thủy lực, làm giảm tốc ñộ ăn dao của ụ ñá. Như vậy giai ñoạn mài tinh

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

131

suu tam: [email protected] bắt ñầu. Khi kích thước chi tiết ñạt yêu cầu, công tắc hành trình 3KT tác ñộng, ñóng mạch cuộn dây rơle 2RTr. Tiếp ñiểm rơle này ñóng ñiện cho cuộn dây nam châm 2NC ñể chuyển ñổi van thủy lực, ñưa nhanh ụ ñá về vị trí ban ñầu. Sau ñó, công tắc cơ khí 1KT phục hồi cắt ñiện công tắc tơ KC và KB; ñộng cơ ðC ñược cắt ñiện (do tiếp ñiểm KC mở ra) và ñược hãm ñộng năng nhờ rơle H. RKT là rơle kiểm tra tốc ñộ ñược nối trục ñộng cơ ðC, khi tốc ñộ ñộng cơ ðC còn ñủ lớn thì tiếp ñiểm RKT (13), làm cuộn dây H (13), ñộng cơ ñược hãm ñộng năng. Khi tốc ñộ của ñộng cơ ðC ñủ thấp, tiếp ñiểm tốc ñộ RKT (13), cắt ñiện cuộn dây công tăc tơ H. Tiếp ñiểm của H cắt ñiện trở hãm ra khỏi phần ứng ñộng cơ.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

132

suu tam: [email protected]

CD CC1

3RN

KC

CC2

BD

2CL

KC

2BT 3RN

KC

CK2

2RTr KðT

2NC 1NC

1CL

1RTr

CK1

CC3

CD~ 1BT

r rh KM 1RN

1RN

H

KB

KT

ðC

2RN

CKð

2RN

Ucñ

KC RKK

CK3 1BA

ðM

1D

3CL

ðB

ðT

CC4

2BA

1

CC5

MT 2 3

KT RAL

KT

4

1

11 12 13

2D

1

KB

1CT

MC

7

10

KM

KM

6 8 9

3RNT

KT MM

5

2RNT

1RNT

KC

2 RKK

H

KC

2CT KM 1 3CT

2

1 3CT

2

1KT 2KT

1RTr

3KT

2RTr

2 RKT

KB

KC

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

H

133

suu tam: [email protected] 7.5 TRANG BỊ ðIỆN - ðIỆN TỬ CÁC THIẾT BỊ GIA NHIỆT VÀ LUYỆN KIM (Khoa Nhiệt) Trong ñời sống và sản xuất, yêu cầu về sử dụng nhiệt năng rất lớn. Trong các ngành công nghiệp khác nhau, nhiệt năng dùng ñể nung, sấy, nhiệt luyện, nấu chảy các chất… là một yêu cầu không thể thiếu. Nguồn nhiệt năng này ñược chuyển từ ñiện năng qua các lò ñiện là rất phổ biến và thuận tiện. Từ ñiện năng, có thể thu ñược nhiệt năng bằng nhiều cách: nhờ hiệu ứng Joule (lò ñiện trở), nhờ phóng ñiện hồ quang (lò hồ quang), nhờ tác dụng nhiệt của dòng xoay chiều Foucalt thông qua hiện tượng cảm ứng ñiện từ (lò cảm ứng) .v.v.. I. Trang bị ñiện các loại lò ñiện I.1. Những vấn ñề chung Lò ñiện là thiết bị biến ñổi ñiện năng thành nhiệt năng, dùng trong công nghệ nấu chảy vật liệu, công nghệ nung nóng và trong công nghệ nhiệt luyện. Lò ñiện ñược sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, ngành y tế .v.v.. 1. ðặc ñiểm của lò ñiện - Có khả năng tạo ra nhiệt ñộ cao do nhiệt năng ñược tập trung trong một thể tích nhỏ. - Do nhiệt năng tập trung nên lò có tốc ñộ nung nhanh và năng suất cao. - ðảm bảo nung ñều, dễ ñiều chỉnh, khống chế nhiệt và chế ñộ nhiệt. - Lò ñảm bảo ñược ñộ kín, có khả năng nung trong chân không hoặc trong môi trường có khí bảo vệ, vì vậy ñộ cháy tiêu hao kim loại không ñáng kể. - Có khả năng cơ khí hóa và tự ñộng hóa ở mức cao. - ðảm bảo ñiều kiện vệ sinh: không có bụi, không có khói. 2. Các phương pháp biến ñổi ñiện năng a) Phương pháp ñiện trở Hình – Nguyên lý làm việc của lò ñiện trở a) ðốt nóng trực tiếp b) ðốt nóng gián tiếp 1. Vật liệu ñược nung nóng trực tiếp 2. Cầu dao; 3. Biến áp; 4. ðầu cấp ñiện; 5. Dây ñốt (dây ñiện trở); Vật liệu ñược nung nóng gián tiếp;

Phương pháp ñiện trở dựa trên ñịnh luật Joule-Lence: khi cho dòng ñiện chạy qua dây dẫn, thì trên dây dẫn tỏa ra một nhiệt lượng, nhiệt lượng này ñược tính theo biểu thức: [J] Q = I2Rt

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

134

suu tam: [email protected] Trong ñó: I – Cường ñộ dòng ñiện chạy qua dây dẫn (A). R – ðiện trở dây dẫn, Ω t – thời gian dòng ñiện chạy qua dây dẫn, s. Nguyên lý làm việc của lò ñược biểu diễn như trên hình vẽ. b) Phương pháp cảm ứng Phương pháp cảm ứng dựa trên ñịnh luật cảm ứng ñiện từ của Faraday: Khi cho dòng ñiện ñi qua cuộn cảm thì ñiện năng ñược biến thành năng lượng của từ trường biến thiên. Khi ñặt khối kim loại vào trong từ trường biến thiên ñó, trong khối kim loại sẽ xuất hiện dòng ñiện cảm ứng – dòng ñiện xoáy (Foucault). Nhiệt năng của dòng ñiện xoáy sẽ nung nóng khối kim loại. Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng ñược biểu diễn như trên hình vẽ.

Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng a) Lò cảm ứng có mạch từ; b) Lò cảm ứng không có mạch từ 1. Vòng cảm ứng; 2. Mạch từ; 3. Nồi lò; 4. Tường lò bằng vật liệu chịu lửa;

Nguyên lý làm việc của lò hồ quang a) Lò hồ quang trực tiếp; b) Lò hồ quang gián tiếp 1. ðiện cực; 2. Ngọn lửa hồ quang; 3. Vật gia nhiệt (kim loại); 4. Tường lò;

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

135

suu tam: [email protected] c) Phương pháp hồ quang ñiện Phương pháp hồ quang ñiện dựa vào ngọn lửa hồ quang ñiện. Hồ quang ñiện là một trong những hiện tượng phóng ñiện qua chất khí. Trong ñiều kiện bình thường thì chất khí không dẫn ñiện, nhưng nếu ion hóa chất khí và dưới tác dụng của ñiện trường thì chất khí sẽ dẫn ñiện. Khi hai ñiện cực tiếp cận nhau thì giữa chúng xuất hiện ngọn lửa hồ quang. Người ta lợi dụng nhiệt năng của ngọn lửa hồ quang ñể gia nhiệt cho vật nung hoặc nấu chảy kim loại. Nguyên lý làm việc của hồ quang ñiện ñược biểu diễn như trên hình vẽ. I.2 Lò ñiện trở 1. Khái niệm chung và phân loại a) Phân loại theo phương pháp tỏa nhiệt + Lò ñiện trở tác dụng trực tiếp: Lò ñiện trở tác dụng trực tiếp là lò ñiện trở mà vật nung ñược nung nóng trực tiếp bằng dòng ñiện chạy qua nó. ðặc ñiểm của lò này là tốc ñộ nung nhanh, cấu trúc của lò ñơn giản. ðể ñảm bảo nung ñều thì vật nung phải có tiết diện như nhau theo suốt chiều dài của nó. + Lò ñiện trở tác dụng gián tiếp: Là lò ñiện trở mà nhiệt năng tỏa ra ở dây ñiện trở (dây ñốt), rồi dây ñốt sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, ñối lưu hoặc dẫn nhiệt. b) Phân loại theo nhiệt ñộ làm việc + Lò nhiệt ñộ thấp: Nhiệt ñộ làm việc của lò dưới 650oC. + Lò nhiệt ñộ trung bình: Nhiệt ñộ làm việc của lò từ 650oC ñến 1200oC. + Lò nhiệt ñộ cao: Nhiệt ñộ làm việc của lò lớn hơn 1200oC. 2. Yêu cầu ñối với vật liệu làm dây ñiện trở Dây ñiện trở ñược ñặt trong buồng lò hoặc buồng phát nhiệt, chúng làm việc ở môi trường nhiệt ñộ cao, vì vậy vật liệu làm dây ñiện trở cần thỏa mãn các yêu cầu sau: a) Khả năng chịu ñược nhiệt ñộ cao, không bị oxy hóa trong môi trường không khí nhiệt ñộ cao. b) ðộ bền nóng cao, ñộ bền cơ học lớn. c) ðiện trở suất cao. d) Hệ số nhiệt ñiện trở bé. 3. Vật liệu làm dây ñiện trở a) Dây ñiện trở bằng hợp kim + Hợp kim Crôm-Niken (Nicrôm). Hợp kim này có ñộ bền nhiệt cao vì có lớp màng Oxit Crôm (Cr2O3) bảo vệ, dẻo, dễ gia công, ñiện trở suất lớn, hệ số nhiệt ñiện trở bé. + Hợp kim Crôm-Nhôm (Fexran) có các ñặc ñiểm như hợp kim Nicrôm nhưng có nhược ñiểm là giòn, khó gia công, ñộ bền cơ học kém trong môi trường nhiệt ñộ cao. b) Dây ñiện trở bằng kim loại Thường dùng những kim loại có nhiệt ñộ nóng chảy cao: Molipden (Mo), Tantan (Ta) và Wonfram (W) dùng cho các lò ñiện trở chân không hoặc lò ñiện trở có khí bảo vệ.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

136

suu tam: [email protected] c) ðiện trở nung nóng bằng vật liệu kim loại + Vật liệu Cacbuarun (SiC) chịu ñược nhiệt ñộ cao tới 1450oC, thường dùng cho lò ñiện trở có nhiệt ñộ làm việc cao, dùng ñể tôi dụng cụ cắt gọt. + Cripton là hỗn hợp của graphit, cacbuarun và ñất sét, chúng ñược chế tạo dưới dạng hạt có ñường kính 2-3mm, thường dùng cho lò ñiện trở trong phòng thí nghiệm yêu cầu nhiệt ñộ làm việc tới 1800oC. 4. Các loại lò ñiện trở thông dụng Theo chế ñộ nung, lò ñiện trở ñược chia thành hai nhóm chính: a) Lò nung nóng theo chu kỳ Bao gồm + Lò buồng (hình a) thường dùng ñể nhiệt luyện kim loại (thường hóa, ủ, thấm than, …) Lò buồng ñược chế tạo với công suất từ 15kW ñến 75kW, nhiệt ñộ làm việc tới 950oC. Lò buồng dùng ñể tôi dao cụ có nhiệt ñộ làm việc tới 1350oC, dùng dây ñiện trở bằng các thanh nung cacbuarun. + Lò giếng thường dùng ñể tôi kim loại và nhiệt luyện kim loại (hình b). Buồng lò có dạng hình trụ tròn ñược chôn sâu trong lòng ñất có nắp ñậy. Lò giếng ñược chế tạo với công suất từ 30 ñến 75kW. + Lò ñẩy (hình c) có buồng kích thước chữ nhật dài. Các chi tiết cần nung ñược ñặt lên giá và tôi theo từng mẻ. Giá ñỡ chi tiết ñược ñưa vào buồng lò theo ñường ray bằng một bộ ñẩy dùng kích thủy lực hoặc kích khí nén. b) Lò nung nóng liên tục + Lò băng: Buồng lò có tiết diện chữ nhật dài, có băng tải chuyển chuyển ñộng liên tục trong buồng lò. Chi tiết cần gia nhiệt ñược sắp xếp trên băng tải. Lò băng thường ñược dùng ñể sấy chai, lọ trong công nghiệp chế biến thực phẩm. + Lò quay thường dùng ñể nhiệt luyện các chi tiết có kích thước nhỏ (bi, con lăn, vòng bi), các chi tiết cần gia nhiệt ñược bỏ trong thùng, trong quá trình nung nóng, thùng quay liên tục nhờ một hệ thống truyền ñộng ñiện. 5. Khống chế và ổn ñịnh nhiệt ñộ lò ñiện a) ðặt vấn ñề Theo ñịnh luật Joule-Lence Q = 0,238.I2.R.t [cal] Q – Nhiệt lượng tỏa ra của dây ñiện trở, cal; Trong ñó: I – Dòng ñiện ñi qua dây ñiện trở, A; R – ðiện trở của dây ñiện trở, Ω; t – Thời gian dòng ñiện ñi qua dây ñiện trở (thời gian nung nóng), s. Thời gian nung nóng chi tiết ñến nhiệt ñộ yêu cầu: G.C (t1 − t 2 ) [s] a G - khối lượng của chi tiết có ñộ dài 100mm, kg; t=

Trong ñó:

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

137

suu tam: [email protected] t1 – Nhiệt ñộ yêu cầu, oC; t2 – Nhiệt ñộ môi trường, oC; C – Nhiệt dung trung bình của chi tiết cần nung; a – Tốc ñộ tỏa nhiệt của chi tiết có ñộ dài 100mm, kcal/s; Công suất ñiện cần cung cấp cho chi tiết nung có ñộ dài l mm là: P2 =

4,18.l.a 100

[kW]

P2 η . cos ϕ

[kW]

Công suất tiêu thụ của lò ñiện trở:

P1 = Trong ñó:

η - Hiệu suất của lò (η = 0,7 ÷ 0,75); cosϕ - Hệ số công suất của lò (cosϕ = 0,8 ÷ 0,85);

Từ các biểu thức trên có thể rút ra rằng: ðể ñiều chỉnh nhiệt ñộ lò ñiện trở có thể thực hiện bằng cách ñiều chỉnh công suất cấp cho lò.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

138

suu tam: [email protected] ðiều chỉnh công suất cấp cho lò ñiện trở có thể thực hiện bằng các phương pháp sau: - Hạn chế công suất cấp cho dây ñiện trở bằng cách ñấu thêm ñiện trở phụ. - Dùng biến áp tự ngẫu hoặc biến áp có nhiều ñầu dây sơ cấp ñể cấp ñiện cho lò ñiện trở. - Thay ñổi sơ ñồ ñấu dây của dây ñiện trở (từ tam giác sang sao, hoặc nối tiếp sang song song). - ðóng cắt nguồn cấp cho dây ñiện trở theo chu kỳ. - Dùng bộ ñiều áp xoay chiều ñể thay ñổi trị số ñiện áp cấp cho dây ñiện trở. Sơ ñồ khối chức năng của hệ thống ñiều chỉnh và ổn ñịnh nhiệt ñộ có thể biểu diễn như trên hình vẽ: 2 3 1 o t ñặt to BỘ ðIỀU LÒ ðIỆN ε CHỈNH TRỞ - to ph

CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ 4 Trong ñó vai trò của các khâu như sau: -

Lò ñiện trở 3 là ñối tượng ñiều chỉnh và tham số ñiều khiển là nhiệt ñộ của lò (to). Bộ ñiều chỉnh và ổn ñịnh nhiệt ñộ 2 thay ñổi các thông số nguồn cấp ñiện cho lò

ñiện trở theo các thuật toán nhằm tối ưu hóa việc ñiều chỉnh và ổn ñịnh nhiệt ñộ lò. -

Bộ tổng hợp tín hiệu ñiều khiển 1 (ε = toñặt – toph).

-

Cảm biến nhiệt ñộ 4, có chức năng biến ñổi tín hiệu ñiện tỷ lệ với nhiệt ñộ của lò.

ðể nâng cao ñộ chính xác khi khống chế và ổn ñịnh nhiệt ñộ của lò ñiện trở, hệ thống ñiều chỉnh nhiệt ñộ lò ñiện trở là hệ thống kín (có mạch vòng phản hồi). Việc ñiều chỉnh và ổn ñịnh nhiệt ñộ của lò ñược thực hiện thông qua việc thay ñổi các thông số nguồn cấp ñiện cho lò. Như vậy tín hiệu phản hồi tỷ lệ với nhiệt ñộ của lò phải là tín hiệu ñiện, chính cảm biến nhiệt ñộ sẽ thực hiện chức năng ñó trong hệ thống khống chế và ổn ñịnh nhiệt ñộ lò ñiện trở. 6. Sơ ñồ khống chế nhiệt ñộ lò ñiện trở ñiển hình Sơ ñồ khống chế ổn ñịnh nhiệt ñộ lò ñiện trở bằng bộ ñiều áp xoay chiều ba pha dùng Thyristor: ðối với lò ñiện trở có công suất lớn hơn 5kW, ñể tránh hiện tượng lệch phụ tải cho lưới ñiện nên phải là lò 3 pha. ðể khống chế và ổn ñịnh nhiệt ñộ của lò người ta dùng bộ ñiều áp xoay chiều ba pha cấp cho dây ñiện trở của lò. + Sơ ñồ mạch lực của lò (hình vẽ) Sơ ñồ này thường ñược áp dụng ñối với lò ñiện trở có dải công suất tiêu thụ từ 5 ñến 90kW (tùy thuộc vào trị số dòng trung bình ñi qua các Thyristor từ 1T ÷ 6T mà mình chọn). Mạch lực gồm các phần tử chính sau: GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

139

suu tam: [email protected] -

Cuộn kháng xoay chiều CK1 ÷ CK3 dùng ñể hạn chế dòng ngắn mạch và hạn chế di ) ñể bảo vệ các thyristor. dt Bộ ñiều áp xoay chiều ba pha ñiều khiển hoàn toàn dùng Thyristor 1T ÷ 6T.

tốc ñộ tăng trưởng dòng ñiện ( -

-

RdñA, RdñB và RdñC là dây ñiện trở lò ñấu theo hình sao (Y), cũng có thể ñấu theo hình tam giác (∆) tùy theo kích thước dây ñiện trở khi tính chọn. Mạch (R1 – C1) ÷ (R3 – C3) dùng ñể hạn chế tốc ñộ tăng trưởng ñiện áp (

du ) ñể dt

bảo vệ các Thyristor. + Sơ ñồ mạch ñiều khiển Mạch ñiều khiển bộ ñiều áp xoay chiều có chức năng thay ñổi góc mở α của các Thyristor 1T ÷ 6T ñể thay ñổi ñiện áp cấp cho dây ñiện trở của lò, chính là thực hiện chức năng ñiều chỉnh và ổn ñịnh nhiệt ñộ của lò. Mạch ñiều khiển gồm các khối chính sau: * Khối ñiều khiển xung pha (ðKXF) gồm có 3 khối tương tự nhau (Sơ ñồ nguyên lý vẽ cho pha A) gồm các khâu sau: - Khâu ñồng pha và xác ñịnh thời ñiểm qua 0 của ñiện áp lưới(gồm biến áp ñồng pha BAðF, cầu chỉnh lưu CL, R1÷R5 và tranzistor TR1). - Khâu so sánh và tạo thời ñiểm phát xung dùng bộ ñếm DD1. - Mạch lật nhớ trạng thái (dùng trigơ R-S: DD2.1, DD2.2). - Khâu băm xung (DD3.1÷DD3.4). - Khâu khuếch ñại xung (biến áp xung BAX1, BAX2, R6÷R9, ñiôt D1÷D6 và tranzistor TR2÷TR5). - Mạch cấm (R12, R13, ð7 và ð8). * Khối tổng hợp tín hiệu ñiều khiển gồm các khâu sau: - Khâu phát xung cao tần (DD4.1÷DD4.4, chiết áp VR và tụ ñiện C2) tương ñương như khâu tạo ñiện áp chủ ñạo trong các sơ ñồ ñiều khiển xung pha theo nguyên tắc “thẳng ñứng”. Tần số phát của khâu này có thể thay ñổi từ 5kHz ñến 1MHz bằng cách thay ñổi trị số của chiết áp VR. - Khâu gia công tín hiệu phản hồi âm nhiệt ñộ gồm: Cảm biến nhiệt ñộ (cặp nhiệt ngẫu CNN), khuếch ñại thuật toán IC, tranzistor TR7, tranzistor trường TR6, tụ C3 và các ñiện trở R14 ÷ R19. Tranzistor trường TR6 ñóng vai trò như một ñiện trở ñộng ñấu song song với chiết áp VR. Trị số ñiện trở của nó (RS-D) thay ñổi phụ thuộc vào nhiệt ñộ của lò. * Khối bảo vệ quá dòng gồm các khâu sau: - Khâu gia công tín hiệu tỷ lệ với dòng tiêu thụ của lò là ba biến dòng TI1÷TI3, tranzistor TR1÷TR2, khuếch ñại thuật toán IC, cầu chỉnh lưu CL, chiết áp VR1÷VR2, ñiôt ð, các ñiện trở R1÷R7 và rơle liên ñộng RLð. - Khâu nhớ trạng thái và phục hồi gồm trigơ R-S (DD2.3÷DD2.4), nút bấm phục hồi M, tụ C4, R20÷R21 và ñèn báo LED. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

140

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

141

suu tam: [email protected]

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

142

suu tam: [email protected]

suu tam: [email protected] *Nguyên lý làm việc của sơ ñồ như sau: Tại thời ñiểm ñi qua ñiểm 0 của ñiện áp lưới trên cực collector của tranzistor TR1 xuất hiện xung chữ nhật với ñộ rộng xung tx = 1ms, với tần số bằng 100Hz. Xung ñó ñưa ñến cổng R của bộ ñếm DD.1 ra lệnh bắt ñầu ñếm xung và ñưa vào một ñầu vào R của trigơ R-S (DD2.1÷DD2.2). Khi bắt ñầu vào thứ hai C của bộ ñếm DD1 (lấy từ ñầu ra của bộ phát xung cao tần DD4.1÷DD4.4) ñạt ñược 28=64 xung, ñầu ra 32 của bộ ñếm DD.1 có mức logic “1”. Thời ñiểm xuất hiện mức logic “1” của DD1 phụ thuộc vào tần số phát ra của bộ phát cao tần DD4.1÷DD4.4. Tần số ñó quyết ñịnh trị số góc mở α của các Thyristor, chính là quyết ñịnh trị số ñiện áp ñặt lên dây ñốt của lò ñiện trở. Thay ñổi tần số phát xung từ 5kHz ñến 1MHz sẽ thay ñổi góc mở α = 180o÷0o tương ứng với trị số ñiện áp ñặt lên dây ñốt của lò từ Umax ñến Umin.

* Nguyên lý ổn ñịnh nhiệt ñộ của lò: Nếu vì một lý do nào ñó nhiệt ñộ trong lò thấp hơn nhiệt ñộ ñặt, sức nhiệt ñiện phát ra từ cặp nhiệt ngẫu giảm, ñiện thế ñặt lên cực bazơ của tranzistor TR7 ít dương hơn, dòng ñiện Ic của TR7 giảm xuống, làm cho ñiện trở RS-D của tranzistor TR6 giảm xuống, làm cho tổng trở của VR và RS-D giảm xuống, tần số phát ra của DD4.1÷DD4.4 tăng lên, góc mở α của các thyristor giảm xuống, ñiện áp ñặt lên dây ñốt của lò tăng lên, kết quả là nhiệt ñộ của lò sẽ tăng lên bằng nhiệt ñộ ñặt và ngược lại. * Nguyên lý làm việc của khâu bảo vệ quá dòng: Khi dòng tiêu thụ của lò nhỏ hơn dòng chỉnh ñịnh (Iñm
143

suu tam: [email protected] ngưỡng so sánh), ñiện áp ra của IC bằng –Ucc dẫn ñến tranzistor TR1, TR2 khóa, rơle liên ñộng RLð không tác ñộng. Khi ñó tiếp ñiểm RLð hở, dẫn ñến ñầu ra Q của trigơ R-S (DD2.3÷DD2.4) có mức logic “1” dẫn ñến ñầu ra của bộ phát xung (DD4.1÷DD4.4) có xung, hệ thống làm việc bình thường. Khi dòng tiêu thụ của lò lớn hơn dòng chỉnh ñịnh, trị số ñiện áp trên chiết áp VR1 lớn hơn ñiện áp trên chiết áp VR2, ñiện áp ra của IC bằng +Ucc; TR1, TR2 thông; rơle RLð tác ñộng dẫn ñến ñầu ra Q của trigơ R-S (DD2.3÷DD2.4) có mức logic “0” và ñầu ra của bộ phát xung cao tần (DD4.1÷DD4.4) không có xung. Sau khi xử lý sự cố xong, ấn nút “M” qua khâu vi phân C4-R20 và ñiôt ð9, ñưa mức logic “1” vào DD4.4, phục hồi trạng thái làm việc cho khâu phát xung cao tần. I.3 Lò hồ quang 1. Khái niệm chung Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lử hồ quang (HQ) giữa các ñiện cực hoặc giữa ñiện cực và kim loại ñể nấu chảy kim loại. Lò ñiện HQ dùng ñể nấu thép hợp kim chất lượng cao. Lò hồ quang ñược cấp nguồn từ biến áp lò ñặc biệt với ñiện áp ñặt vào cuộn sơ cấp (6÷10)kV, và có hệ thống tự ñộng ñiều chỉnh ñiện áp dưới tải. a) Các thông số quan trọng của lò hồ quang là: + Dung tích ñịnh mức của lò: số tấn kim loại mỏng của một mẻ nấu. + Công suất ñịnh mức của biến áp lò: ảnh hưởng quyết ñịnh tới thời gian nấu luyện và năng suất của lò. b) Chu trình nấu luyện của lò hồ quang gồm ba giai ñoạn với các ñặc ñiểm công nghệ sau: + Giai ñoạn nung nấu nguyên liệu và nấu chảy kim loại Trong giai ñoạn này, lò cần công suất nhiệt lớn nhất, ñiện năng tiêu thụ chiếm khoảng 6080% năng lượng của toàn mẻ nấu luyện và thời gian chiếm khoảng 50-60% toàn bộ thời gian của một chu trình (thời gian một mẻ nấu luyện). Thường xuyên xảy ra hiện tượng ngắn mạch làm việc. Ở giai ñoạn này, ngọn lửa hồ quang cháy kém ổn ñịnh, công suất nhiệt không cao do ngọn lửa hồ quang ngắn (từ 1÷10mm). + Giai ñoạn oxy hóa ðây là giai ñoạn khử cácbon (C) của kim loại ñến một trị số hạn ñịnh tùy theo mác thép, khử phốtpho (P) và khử lưu huỳnh trong mẻ nấu. Ở giai ñoạn này, công suất nhiệt chủ yếu ñể bù lại tổn hao nhiệt trong quá trình nấu luyện, nó chiếm khoảng 60% công suất của giai ñoạn nấu chảy kim loại. + Giai ñoạn hoàn nguyên Trước khi thép ra lò phải trải qua giai ñoạn hoàn nguyên là giai ñoạn khử oxy, khử sunfua. Công suất nhiệt của ngọn lửa hồ quang trong giai ñoạn này khá ổn ñịnh. Công suất yêu cầu chiếm khoảng 30% của giai ñoạn nấu chảy kim loại. ðộ dài cung lửa hồ quang khoảng 20mm.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

144

suu tam: [email protected] c) Cấu tạo và kết cấu lò hồ quang Một lò hồ quang bất kỳ ñều phải có các bộ phận chính sau: + Nồi lò có lớp vỏ cách nhiệt, cửa lò và miệng rót thép nấu chảy. + Vòm, nóc lò có vỏ cách nhiệt. + Giá nghiêng lò. + ðiện cực. + Giá ñỡ ñiện cực. và các cơ cấu sau: + Cơ cấu nghiêng lò ñể rót nước thép và xỉ. + Cơ cấu quay vỏ lò xung quanh trục của mình. + Cơ cấu dịch chuyển vỏ lò ñể nạp liệu. + Cơ cấu nâng vòm lò ñể dịch chuyển vỏ lò. + Cơ cấu dịch chuyển ñiện cực. + Cơ cấu nâng tấm chắn gió của cửa lò. Trong sáu cơ cấu trên (trừ cơ cấu dịch chuyển ñiện cực) ñều dùng truyền ñộng xoay chiều với ñộng cơ không ñồng bộ rôto lồng sóc hay dây quấn. Còn cơ cấu dịch chuyển ñiện cực dùng hệ truyền ñộng một chiều. ðộng cơ truyền ñộng là ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập ñược cấp nguồn từ một bộ biến ñổi. Bộ biến ñổi ñó có thể là: Máy ñiện khuếch ñại, khuếch ñại từ hoặc bộ chỉnh lưu có ñiều khiển dùng thyristor. Chế ñộ làm việc của ñộng cơ dịch chuyển ñiện cực là chế ñộ ngắn hạn lặp lại. Cấu tạo và kết cấu của lò hồ quang ñược giới thiệu như trên hình vẽ. 2. Sơ ñồ cung cấp ñiện của lò hồ quang Sơ ñồ cung cấp ñiện của lò hồ quang ñược giới thiệu như trên hình vẽ. Nguồn cấp cho lò hồ quang ñược lấy từ trạm phân phối trung gian với cấp ñiện áp 6, 10, 20 hoặc 22kV tùy theo cấp ñiện áp của trạm phân phối. Sơ ñồ cấp ñiện gồm các thiết bị chính sau: + Cầu dao cách ly CL, ñóng cắt không tải dùng ñể cách ly mạch lực của lò và ñiện lưới trong trường hợp cần sửa chữa. + Máy cắt dầu 1MC, ñóng cắt có tải cấp ñiện cho lò. + Cuộn kháng CK dùng ñể hạn chế dòng ngắn mạch làm việc (dòng ngắn mạch làm việc không ñược lớn hơn 3 lần dòng ñịnh mức), ngoài ra cuộn kháng còn có chức năng ñảm bảo cho ngọn lửa hồ quang cháy ổn ñịnh, ñặc biệt là trong giai ñoạn nung nóng và nấu chảy kim loại. Sau ñó cuộn kháng CK ñược ngắn mạch bằng máy cắt dầu 2MC. + Máy cắt dầu 3MC và 4MC dùng ñể ñổi nối sơ ñồ ñấu dây cuộn sơ cấp của biến áp lò BAL thành hình sao (Y) hoặc tam giác (∆). + Biến áp lò BAL dùng ñể hạ áp và ñiều chỉnh ñiện áp cấp cho lò. Biến áp lò về cấu tạo và hình dáng bên ngoài giống như một biến áp ñộng lực thông thường, nhưng vì biến áp lò làm việc trong môi trường khắc nghiệt, ñiều kiện làm việc nặng nề nên so với biến áp ñộng lực thông thường nó có những ñặc ñiểm khác biệt. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

145

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

Hình – Câu tạo và kết cấu của lò hồ quang a) Hình chiếu bằng; b) Hình chiếu ñứng 1.Vỏ lò; 2.Vòm lò; 3.Cửa lò; 4.Miệng rót; 5.Giá nghiêng lò; 6. Cơ cấu nghiêng lò; 7.Cơ cấu dịch chuyển vỏ lò; 8.Cơ cấu nâng vòm lò; 9.ðiện cực; 10.Giá ñỡ ñiện cực; 11.Cơ cấu dịch chuyển ñiện cực; 12.ðầu cấp ñiện vào ñiện cực.

146

suu tam: [email protected]

suu tam: [email protected]

Hình – Sơ ñồ cung cấp ñiện lò hồ quang Những ñiểm khác biệt của biến áp lò so với biến áp ñộng lực thông thường: - Cùng một công suất, biến áp lò có kích thước và khối lượng lớn hơn. - Dòng ñiện ngắn mạch nhỏ (Inm ≤ 3.Iñm). - Có khả năng quá tải cao ñể chịu ñựng ñược sự tác dụng của lực ñiện từ phát sinh trong các cuộn dây và thanh dẫn trong trường hợp xảy ra hiện tượng ngắn mạch. Công suất của biến áp lò có thể xác ñịnh gần ñúng từ ñiều kiện công suất nhiệt trong giai ñoạn nóng chảy, vì ở hai giai ñoạn còn lại công suất nhiệt lò yêu cầu ít hơn.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

147

suu tam: [email protected] Nếu giả thiết rằng: Trong giai ñoạn nấu chảy, tổn thất trong lò hồ quang, trong biến áp lò và trong cuộn kháng CK ñược bù trừ bởi năng lượng của phản ứng tỏa nhiệt thì công suất của biến áp lò ñược tính theo biểu thức: S=

W t nc .k sd . cos ϕ

[kVA]

Trong ñó: W – Năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy và dừng lò giữa hai lần nấu, kWh; tnc - Thời gian nấu chảy, h; ksd - Hệ số sử dụng công suất của lò trong giai ñoạn nấu chảy; cosϕ - Hệ số công suất lò. Năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt W có thể tính theo công thức: W = wG [kWh] Trong ñó: w - Suất chi phí ñiện năng ñể nấu chảy một tấn kim loại cần nấu chảy, kWh/T; G - Khối lượng kim loại cần nấu chảy, T; + Thiết bị ño lường và bảo vệ: - Phía cao áp có biến dòng TI1 và biến ñiện áp TU dùng cho các khí cụ ño lường: vôn kế (V), ampe kế (A), wat kế (W), ñồng hồ ño công suất hữu công (kWh) và ñồng hồ ño công suất phản kháng (kVAr). -

Phía hạ áp có biến dòng TI2 dùng ñể ño dòng và ñưa tín hiệu ñến mạch bảo vệ ðKBV (khối ñiều khiển và bảo vệ).

3. ðiều chỉnh công suất lò hồ quang a) Khái quát chung Trong một chu trình nấu luyện của lò hồ quang, trong mỗi giai ñoạn, công suất ñiện lò tiêu thụ khác nhau. Bởi vậy, ñiều chỉnh công suất lò hồ quang là một vấn ñề quan trọng ñối với công nghệ nấu luyện kim loại trong lò hồ quang. Ngoài ra, ñiều chỉnh công suất lò trong toàn chu trình nấu luyện hợp lý cho phép: - Giảm thời gian nấu luyện. - Nâng cao năng suất lò. - Giảm chi phí ñiện năng. - Nâng cao chất lượng thép. ðiều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay ñổi thông số nguồn cấp cho lò: -

ðiện áp hồ quang (Uhq) khi chưa mồi ñược hồ quang (Uhqmax ≈ U20; U20 là ñiện áp

-

thứ cấp không tải của biến áp lò). Dòng ñiện hồ quang khi xảy ra ngắn mạch làm việc (Ihqmax = Inm; Inm là dòng ñiện

ngắn mạch làm việc của lò hồ quang). Nếu dùng bộ ñiều chỉnh công suất lò hồ quang duy trì dòng hồ quang không ñổi (Ihq = const) sẽ không thực hiện ñược quá trình mồi hồ quang; Ngoài ra khi dòng ñiện trong một pha nào ñó thay ñổi sẽ làm cho dòng ñiện trong 2 pha còn lại thay ñổi theo.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

148

suu tam: [email protected] Ví dụ: Khi ngọn lửa hồ quang của một pha bị ñứt (Ihq = 0), khi ñó lò hồ quang làm việc như phụ tải một pha, với 2 ñiện cực ñấu nối tiếp nhau và ñấu vào ñiện áp dây thứ cấp của biến áp lò. Khi ñó các bộ ñiều chỉnh của hai pha ñó sẽ tiến hành hạ ñiện cực xuống, mặc dù việc ñó không cần thiết theo yêu cầu công nghệ. Các thiết bị ñiều chỉnh công suất loại này chỉ phù hợp ñối với lò hồ quang một pha. Nếu dùng bộ ñiều chỉnh công suất lò hồ quang duy trì ñiện áp hồ quang không ñổi (Uhq = const) sẽ gặp khó khăn trong việc ño thông số này. ðiện áp cần ño Uhq là ñiện áp giữa thân kim loại của vỏ lò và thanh cái thứ cấp của biến áp lò. Do vậy trị số ñiện áp hồ quang cần ño phụ thuộc vào dòng hồ quang, mà Ihq của pha này lại phụ thuộc vào hai pha còn lại. Qua kinh nghiệm khai thác và vận hành, người ta rút ra rằng: ñiều chỉnh công suất lò hồ quang tối ưu nhất là duy trì tỷ số: U hq I hq

= const

Trong ñó ñiện áp hồ quang tỷ lệ thuận với ñộ dài cung lửa hồ quang và dòng ñiện hồ quang tỷ lệ nghịch với ñộ dài cung lửa hồ quang. Như vậy, việc ñiều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách ñiều chỉnh ñộ dài của lửa hồ quang, tức là khoảng cách giữa bề mặt ñiện cực và bề mặt của kim loại trong lò. ðiều chỉnh ñộ dài cung lửa hồ quang thông qua các tín hiệu ño dòng hồ quang (Ihq) và ñiện áp hồ quang (Uhq). ðể ñiều chỉnh ñộ dài cung lửa hồ quang, người ta dùng một hệ truyền ñộng (thường dùng hệ truyền ñộng một chiều với ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập) ñể nâng - hạ ñiện cực thông qua một cơ cấu truyền lực. Trong lò hồ quang 3 pha, người ta thiết kế 4 hệ truyền ñộng ñộc lập (mỗi hệ truyền ñộng nâng - hạ một ñiện cực). Trong ñó 3 hệ ở chế ñộ làm việc, hệ thứ tư ở chế ñộ dự phòng. Nếu một trong ba hệ trên bị sự cố, chuyển hệ dự phòng vào thay thế. b) Các yêu cầu ñối với hệ thống ñiều chỉnh công suất lò hồ quang Sơ ñồ khối chức năng của hệ thống ñiều chỉnh công suất lò hồ quang như hình vẽ.

Gồm có: - ðối tượng ñiều chỉnh 7 (lò hồ quang) với tham số ñiều chỉnh là ñộ dài cung lửa hồ quang (Ihq). - Bộ ñiều chỉnh bao gồm các phần tử: GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

149

suu tam: [email protected] Cảm biến ño dòng hồ quang 1 và cảm biến ñiện áp hồ quang 2, phần tử tổng hợp tín hiệu 4, tổng hợp ba tín hiệu từ 1, 2 và 3 (3 là phần tử tín hiệu ñặt). Tín hiệu từ ñầu ra của tín hiệu 3 ñưa vào khâu khuếch ñại 5. tín hiệu ñiều khiển ñưa ñến cơ cấu chấp hành 6 (gồm bộ biến ñổi, ñộng cơ truyền ñộng và cơ cấu truyền lực). Bộ biến ñổi có thể là: Máy ñiện khuếch ñại MðKð, khuếch ñại từ hoặc bộ biến ñổi dùng Thyristor. * Các yêu cầu chính ñối với bộ ñiều chỉnh công suất lò hồ quang: - Bộ ñiều chỉnh phải ñảm bảo cho ñộng cơ nâng - hạ ñiện cực ñáp ứng như tốc ñộ nâng hạ ñiện cực như hình vẽ:

- ðủ ñộ nhạy ñể ñảm bảo cho lò làm việc ổn ñịnh, duy trì dòng ñiện hồ quang ổn ñịnh không sụt quá (4% - 5%) trị số dòng ñiện ñịnh mức. Vùng không nhạy (a1 - a2) của bộ ñiều chỉnh không vượt quá ± (2÷4)% so với dòng ñịnh mức. - Tác ñộng nhanh ñảm bảo khắc phục ngắn mạch làm việc và mồi lại hồ quang (sau khi bị ñứt) trong thời gian (1,5 ÷ 3)s. - Thay ñổi công suất của lò bằng phẳng trong giới hạn (20 ÷ 125)% trị số ñịnh mức với sai số không quá 5%. - Chuyển ñổi nhanh chế ñộ ñiều khiển (từ bằng tay sang tự ñộng hoặc ngược lại) trong ñiều kiện cần thiết. 4. Sơ ñồ khống chế dịch cực 1 pha lò hồ quang dùng hệ F - ð a) Nguyên lý dịch cực Khi ñóng ñiện vào mạch chính, HQ chưa phát sinh. Thiết bị tự ñộng sẽ từ từ hạ ñiện cực xuốn ñể ñầu ñiện cực chạm vào kim loại trong lò làm phát sinh HQ. Sau khi HQ phát sinh thì các ñiện cực phải ñược nâng nhanh lên ñể giải phóng ngắn mạch nhưng phải giữ khoảng cách nào ñó với KL trong lò ñể HQ không tắt. Trong quá trình cháy của HQ thì làm cho ñiện cực ngắn dần, dòng HQ giảm, do ñó yêu cầu hạ ñiện cực xuống ñể ñảm bảo khoảng cách. Phần ñiều khiển dịch cực lò phải thỏa mãn các ñiều kiện: - Hạ chậm ñiện cực xuống. - Kéo nhanh ñiện cực khi phát sinh HQ. - Hạ dần ñiện cực trong quá trình cháy và giữ cho HQ tồn tại. Chất lượng thép nấu luyện phụ thuộc vào công suất cấp và sự phân bố nhiệt hay nhiệt ñộ trong lò.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

150

suu tam: [email protected] b) Nguyên lý hoạt ñộng của sơ ñồ ðộng cơ ð làm dịch chuyển ñiện cực lò hồ quang, ñược cấp ñiện từ MðKð. MðKð gồm 3 cuộn kích từ: + CFA: Cuộn phản hồi âm áp. + CðC2: Cuộn làm việc theo chế ñộ bằng tay, ñược cấp ñiện từ nguồn ngoài qua một bộ tay gạt: (1-2) + (3-4): Nâng ñiện cực (N). (9-10) + (11-12): Hạ ñiện cực (H). + CðC1: Cuộn làm việc ở chế ñộ tự ñộng, ñược ñóng bằng các tay gạt (5-6) + (7-8). Dòng ñiện qua cuộn CðC1 ICðC1 phụ thuộc vào U5R - U4R. Trong ñó: U5R tỉ lệ với dòng ñiện hồ quang, lấy từ bộ chỉnh lưu 1CL, ñiện áp của bộ chỉnh lưu 1CL lại lấy từ thứ cấp của bộ biến dòng BD. U4R lấy từ bộ chỉnh lưu 2CL. ðiện áp ñặt lên 2CL tỉ lệ với ñiện áp của hồ quang. Chế ñộ tự ñộng: Khi mạch chính có ñiện, do hồ quang chưa phát sinh nên lúc này Uhq = max còn Ihq = 0. => U5R = 0 còn U4R = max. -> Trên cuộn CðC1 có dòng chảy qua, tạo sức từ ñộng F1. Sức từ ñộng tổng: Ft = F1 - FA. Do Ihq = 0 nên lúc này rơle dòng ñiện RD chưa tác ñộng -> 3R ñược nối tiếp với cuộn CðC1 -> Làm cho F1 bị giảm xuống. ðồng thời lúc này cực tính (+) của ñộng cơ ð ñang ở cực phía trên -> ñiôt 3CL trên mạch lực thông -> 7R bị nối tắt -> dòng qua cuộn CFA tăng -> FA tăng lên. => Kết quả là làm cho sức từ ñộng tổng Ft giảm xuống -> ñiện áp ra của MðKð giảm -> ñông cơ ð quay chậm -> ñiện cực ñược hạ xuống chậm. Khi ñiện cực chạm vào kim làm phát sinh hồ quang, lúc này Ihq = max còn Uhq ≈ 0. Kết quả là U5R = max, U4R ≈ 0, do ñó dòng ñiện trong cuộn CðC1 ñảo chiều (dẫn ñến sức từ ñộng ñảo chiều) và lúc này rơle dòng ñiện RD tác ñộng, tiếp ñiểm RD dóng lại làm 3R bị nối tắt, làm cho dòng ñiện qua cuộn CðC1 tăng lên dẫn ñến F1 tăng lên. ðồng thời lúc này cực tính (+) của ñộng cơ ð ở phía dưới nên ñiôt 3CL bị khóa, ñiện trở 7R ñược ñưa vào nối tiếp với cuộn CFA, làm giảm FA, kết quả làm sức từ ñộng tổng Ft tăng lên. MðKð phát ñiện áp cấp cho ñộng cơ ð kéo ñiện cực lên nhanh. ðồng thời lúc này ñiôt 4CL thông, rơle áp RA tác ñộng, tiếp ñiểm thường kín của nó mở ra làm cuộn dây rơle thời gian RTh mất ñiện, tiếp ñiểm thường mở mở chậm RTh ñưa ñiện trở 9R nối tiếp cuộn CKð làm giảm dòng ñiện qua cuộn CKð. Từ thông ñộng cơ ð giảm làm tốc ñộ ñộng cơ ð tăng lên, ñiện cực ñược kéo nhanh lên. Quá trình ñi lên của ñiện cực làm Ihq giảm, Uhq tăng. ðến lúc U4R và U5R xấp xỉ bằng nhau thì dòng ñiện qua cuộn CðC1 ICðC1 ≈ 0, do ñó ñộng cơ sẽ dừng quay, ñiện cực có một khoảng cách nào ñó ñối với kim loại và ñảm bảo hồ quang ñược duy trì. Trong quá trình cháy của ñiện cực, ñiện cực sẽ ngắn dần làm khoảng cách giữa ñiện cực và kim loại tăng dần, dẫn ñến Ihq giảm, Uhq tăng, thế cân bằng bị phá vỡ. Lúc này dòng trong

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

151

suu tam: [email protected] cuộn CðC1 khác không (ICðC1 ≠ 0), ñộng cơ ñược khởi ñộng lại, chạy hạ ñiện cực xuống, lập lại thế cân bằng mới. * Tác dụng mở chậm của rơle RTh: Chờ cho ñiện áp ñộng cơ ñạt ñịnh mức rồi mới giảm từ thông φð của ñộng cơ.

SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ ðIỀU KHIỂN DỊCH CỰC 1 PHA LÒ HỒ QUANG CB 7R

3CL

4CL

8R

RA

CFA MðKð

10R BD

+ ð H- N +

1CL

1R

_

+

9R

1CD

RTh

RD 5R

5

6 3R

CKð

RD

RA

CðC1 7

RTh

8

4R 2K

2CD

2CL 1K

2R

+ 1

2

CðC2

9 10

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

11

12

3

4

_

6R

152

suu tam: [email protected] I.4 Lò cảm ứng 1. Khái niệm chung Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng dựa vào hiện tượng cảm ứng ñiện từ khi ñưa một khối kim loại vào trong một từ trường biến thiên, trong khối kim loại xuất hiện một dòng ñiện xoáy, nhiệt năng do dòng ñiện xoáy ñốt nóng khối kim loại. Nhiệt năng truyền vào kim loại phụ thuộc vào các yếu tố sau: - ðiện trở suất ρ và hệ số từ thẩm µ của kim loại. - Trị số dòng ñiện của nguồn cấp. Nếu tăng trị số dòng ñiện lên 2 lần thì nhiệt năng tăng lên 4 lần. - Tần số dòng ñiện của nguồn cấp. Nếu tăng tần số lên 4 lần thì nhiệt năng sẽ tăng lên hai lần. Từ ñó ta thấy rằng tăng dòng ñiện của nguồn cấp hiệu quả hơn tăng tần số của nguồn cấp nhưng thực tế trị số dòng ñiện không thể tăng lên ñược mãi vì lý do cách ñiện, trị số dòng ñiện lớn sẽ làm nóng chảy vòng cảm ứng (mặc dù ñã ñược làm mát bằng dòng nước liên tục) cho nên trên thực tế người ta tăng tần số của nguồn cấp. a) Các bộ nguồn tần số cao: Các bộ nguồn tần số cao có thể ñược tạo ra bằng các phương pháp sau: - Dùng máy phát ñiện tần số cao, do kết cấu cơ khí nên tần số của máy phát không vượt quá f = 2000Hz. - Bộ biến tần dùng Thyristor, do công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa chế tạo ñược các loại Thyristor tần số cao nên tần số chỉ giới hạn tới f = 2000Hz. - Bộ tần số dùng ñèn ñiện tử, khi cần tần số cao tới f = 400kHz thì dùng ñèn phát là ñèn ñiện tử ba cực (triôt). Hiệu suất của bộ nguồn dùng ñèn phát không cao, tuổi thọ của ñèn thấp. b) Phạm vi ứng dụng của thiết bị gia nhiệt tần số - Nấu chảy kim loại trong môi trường không khí (lò kiểu hở), trong môi trường chân không hoặc khí trơ (lò kiểu kín). - Thực hiện các nguyên công nhiệt luyện như tôi, ram, thường hóa. ðặc biệt ứng dụng ñể tôi bề mặt các chi tiết như bánh răng, cổ trục khuỷu của ñộng cơ ñiezen khi yêu cầu ñộ cứng bề ngoài cao. Hình dáng chi tiết cần tôi có thể có hình dáng bất kỳ. Do hiệu ứng mặt ngoài của dòng cao tần, bề mặt ngoài của chi tiết ñược nung nóng trong thời gian một vài giây, trong khi ñó bên trong Tôi bề mặt chi tiết bằng lòng của chi tiết chưa kịp nung nóng. dòng ñiện tần số cao 1-Chi tiết cần tôi; 2-Vòng cảm ứng.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

153

suu tam: [email protected] - Hàn ñường ống trong công nghệ chế tạo ống nước tráng kẽm. - Sấy các chất ñiện môi, các chất bán dẫn. c) Phân loại các thiết bị gia nhiệt tần số + Phân loại theo tần số làm việc: - Thiết bị gia nhiệt tần số công nghiệp f = 50Hz. - Thiết bị gia nhiệt trung tần (lò trung tần), có tần số làm việc f = (0,5 ÷ 10) kHz. - Thiết bị gia nhiệt tần số cao tần, có tần số làm việc f = (10 ÷ 40) kHz. + Phân loại theo cấu tạo của lò - Lò cảm ứng có lõi thép, thường là lò có tần số công nghiệp ñược cấp nguồn từ biến áp ñộng lực có công suất từ 75 ñến 1000kVA. - Lò cảm ứng không lõi thép kiểu hở và kiểu kín dùng nấu chảy thép chất lượng cao, gang, kim loại màu và hợp kim. 2. Một số sơ ñồ khống chế lò cảm ứng a) Lò cảm ứng tần số công nghiệp ñược cấp nguồn từ lưới ñiện quốc gia qua cầu dao cách ly CL, máy cắt MC và biến áp lò BAL, trong quá trình nấu luyện, ñiều chỉnh công suất lò bằng bộ ñiều chỉnh ñiện áp dưới tải của cuộn sơ cấp biến áp lò. Vì hệ số công suất (cosϕ) của lò rất thấp (0,6 ÷0,7) nên dùng bộ tụ ñiện tĩnh C ñể bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất của lò. ðiều chỉnh dung lượng bù của lò bằng công tắc K. Khối ñối xứng ðX gồm cuộn kháng Ls, tụ Cs có chức năng cân bằng phụ tải giữa các pha của biến áp lò. ðể tận dụng khả năng sử dụng thiết bị, lò cảm ứng có hai nồi nấu thép, làm việc luân phiên nhau bằng cầu dao chuyển ñổi 1CD và 2CD.

b) Lò cảm ứng trung tần dùng máy phát ñiện cao tần Hai lò cảm ứng trung tần lò 1, lò 2 ñược cấp nguồn từ cùng một máy phát cao tần F. Máy phát cao tần ñược ñộng cơ không ñồng bộ sơ cấp ð kéo. Tụ C1 và C2 bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất. Biến áp ño lường TU, biến dòng TI cấp nguồn cho các ñồng hồ ño: Vôn kế (V), ampe kế (A), wat kế (W) và công tơ vô công (VAr). ðối với tần số (150÷500) Hz thường dùng máy phát ñồng bộ thông thường cực lồi, cuộn dây kích từ quấn trên rôto của máy phát. ðối với tần số (1000 ÷ 8000)Hz dùng loại máy phát kiểu cảm ứng, cuộn dây kích thích và cuộn dây làm việc quấn trên stator của máy phát, còn rôto có dạng bánh răng. Kết quả từ thông GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

154

suu tam: [email protected] do cuộn kích thích sinh ra là từ thông ñập mạch, cảm ứng ra trong cuộn dây làm việc dòng ñiện tần số cao.

c) Lò cảm ứng trung tần dùng bộ biến tần Sơ ñồ khối chức năng của lò cảm ứng trung tần dùng bộ biến tần như sau:

Trong sơ ñồ khối chức năng của lò cảm ứng trung tần dùng bộ biến tần gồm có các khâu chính sau: - Mạch ñộng lực gồm các khâu: + CL - Bộ chỉnh lưu có ñiều khiển dùng Thyristor biến ñổi ñiện áp xoay chiều của ñiện áp lưới thành ñiện áp một chiều. + NL - Khâu nghịch lưu cộng hưởng biến ñiện áp một chiều thành ñiện áp xoay chiều cung cấp cho vòng cảm ứng của lò. + CKL - Khâu lọc ñiện áp một chiều dùng cuộn kháng lọc với trị số ñiện cảm (L) khá lớn (vì bộ nguồn cung cấp cho bộ nghịch lưu là nguồn dòng). + Lò trung tần: Có vòng cảm ứng quấn xung quanh nồi của lò và một bộ tụ ñiện. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

155

suu tam: [email protected] - Mạch ñiều khiển gồm các khâu: + KNg - Khâu nguồn một chiều cung cấp cho tất cả các khâu trong mạch ñiều khiển. + KðCS - Khâu ñiều chỉnh công suất tiêu thụ của lò cảm ứng. + KðK-2 - Khâu ñiều khiển bộ chỉnh lưu. + KðK-1 - Khâu ñiều khiển bộ nghịch lưu. + KðK-3 - Khâu ñiều khiển công nghệ dùng rơle - côngtăctơ … ño lường và bảo vệ. * Sơ ñồ nguyên lý của lò trung tần nấu thép: Hiện nay nước ta nhập rất nhiều lò trung tần nấu thép từ các nước khác nhau như: Anh, Mỹ, Nga, Úc và Trung Quốc, có các thông số công nghệ sau: - Dung tích mỗi mẻ nấu từ 50kg ñến 2000kg. - Công suất tiêu thụ ñịnh mức của lò từ 100kW ñến 1200kW. - Tần số làm việc f = 1000Hz. Nhìn chung dù nguồn gốc sản xuất khác nhau nhưng về cấu tạo, nguyên lý hoạt ñộng của sơ ñồ khối chức năng về cơ bản giống nhau. Trên hình vẽ dưới ñây là sơ ñồ nguyên lý mạch ñộng lực (ñơn giản hóa) của lò trung tần nấu thép KGPS - 250 do Trung Quốc chế tạo. Trong mạch lực của lò cảm ứng trung tần nấu thép gồm các phần tử chính sau: + CK - Cuộn kháng xoay chiều lõi không khí chức năng của nó là hạn chế dòng ngắn mạch và hạn chế tốc ñộ tăng trưởng dòng ñiện ñể bảo vệ các Thyristor 1T÷ 6T. + 1T÷ 6T - Cầu chỉnh lưu 3 pha ñiều khiển hoàn toàn, ñiện áp ra của cầu chỉnh lưu (UA) có thể thay ñổi từ 0V ñến 500V. UA = 2,34.U.cosα Trong ñó:

U - ðiện áp pha hiệu dụng của nguồn cấp (lưới ñiện). α - Góc mở của các Thyristor.

+ CKSB - Cuộn kháng san bằng ñể lọc dòng ñiện một chiều. + 1TC ÷ 4TC - Bộ nghịch lưu cộng hưởng dùng Thyristor tần số cao, nối theo sơ ñồ cầu một pha, ñiện áp ra trên tải có dạng gần hình sin. + Phụ tải của bộ nghịch lưu cộng hưởng là cuộn cảm kháng L của lò, là tải cảm nên hệ số công suất rất thấp (cosϕ = 0,1 ÷ 0,5). Tụ C nối song song với vòng cảm ứng ñể tạo thành mạch vòng dao ñộng và nâng cao hệ số cosϕ của lò. ðiện cảm ñầu vào LCKSB có trị số lớn. Nguồn cấp cho bộ nghịch lưu cộng hưởng có thể coi là nguồn dòng. ðiện áp ra UC (cấp cho vòng cảm ứng của lò) có dạng gần sin, còn dòng nghịch lưu iC có dạng hình chữ nhật như ñược thể hiện trên ñồ thị. + Các phần tử còn lại: TI1 ÷ TI3 lấy tín hiệu tỷ lệ với dòng tiêu thụ của lò ñể bảo vệ quá tải. Biến áp BA gia công tín hiệu ñể ño lường (ño tần số, ño ñiện áp xoay chiều trên tải) và ñiều khiển bộ nghịch lưu cộng hưởng. + Khởi ñộng bộ nghịch lưu gồm các phần tử cầu chỉnh lưu CL, tụ hóa CM, thyristor khởi ñộng TM và côngtăctơ khởi ñộng KC.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

156

suu tam: [email protected] Như ta ñã biết, bộ nghịch lưu cộng hưởng nguồn dòng chỉ làm việc trong chế ñộ mạch tải là mạch dao ñộng, như vậy vấn ñề ñầu tiên là cần tạo ra ít nhất một chu kỳ dao ñộng trên tải sau ñó là ñiều khiển các thyristor 1TC ÷ 4TC ñể dao ñộng trên tải tiếp tục ñược duy trì. ðể cung cấp năng lượng cho tải thì nguồn vào phải làm việc ở chế ñộ nguồn dòng, như vậy lúc ban ñầu phải tạo ra nguồn dòng xác lập. Nguyên lý làm việc của mạch khởi ñộng như sau: Khi bắt ñầu khởi ñộng, tiếp ñiểm KC ñóng nối mạch cầu chỉnh lưu CL nạp ñiện cho tụ CM, ñồng thời nối ñiện trở R vào mạch tải cho cầu chỉnh lưu 1T÷6T ñể tạo ra dòng Id qua cuộn kháng san bằng. Sau một khoảng thời gian xung ñiều khiển ñưa ñến mở thyristor TM, tụ CM phóng qua mạch tải L - C tạo nên dao ñộng tắt dần trên tải (khoảng từ một ñến hai chu kỳ), sau ½ chu kỳ dao ñộng TM sẽ tự ngắt ra. Tiếp ñiểm KC sẽ tự ngắt ra sau một khoảng thời gian ñịnh trước. Hệ thống ñiều khiển các thyristor chính (1TC ÷ 4TC) sẽ hoạt ñộng ñể duy trì ñiện áp trên tải. ðồ thị ñiện áp, dòng ñiện tại các ñiểm ño của lò cảm ứng trung tần như hình vẽ dưới.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

157

suu tam: [email protected]

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

158

suu tam: [email protected] 7.6. TRANG BỊ ðIỆN – ðIỆN TỬ THANG MÁY 7.6.1. Vài nét về lịch sử phát triển của thang máy Những thang hoặc tời nâng thô sơ ñã ñược sử dụng trong suốt thời Trung ðại và có thể bắt ñầu từ thế kỷ thứ III trước Công nguyên. Chúng hoạt ñộng nhờ vào sức người và súc vật, hoặc cơ cấu cơ khí vận hành bằng nước. Thang máy ñầu tiên ñược chế tạo dưới triều vua Louis XV, ở Versailles năm 1743 và chỉ ñể cho vua dùng. Thang này ñược xây ở ngoài, trong sân nhỏ ñể cho vị quốc vương này có thể từ phòng ông ở tầng lầu 1 ñến lầu 2 ñể gặp người yêu là bà DE Châteauroux. Kỹ thuật này dựa trên sự ñối trọng (contre-poids) nên việc sử dụng ít tốn sức lực. Những thang máy mà ta biết ngày nay ñược phát triển ñầu tiên vào ñầu thế kỷ 19, nhờ vào hơi nước hoặc sức nước ñể nâng chuyển. Trong những ứng dụng sau ñó, một cái thùng ñược thêm vào trong phần trống thấp hơn ở dưới ñất của khối hình trụ. Chất lỏng, thông thường là nước, ñược ñưa vào thùng này ñể tạo ra áp lực làm cho cái thùng này lao xuống dưới, nâng cabin di chuyển lên trên.

Những cái van cho nước chảy qua ñược ñiều khiển bằng tay bởi người sử dụng dùng những sợi dây, một hệ thống làm chậm nhờ sự kết hợp giữa ñòn bẩy và van ñiều khiển ñể ñiều chỉnh tốc ñộ cabin. Cha ñẻ của thang máy dùng máy kéo ngày nay ñã xuất hiện ñầu tiên vào

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

159

suu tam: [email protected] thế kỷ 19 ở Vương Quốc Anh, sàn nâng dùng một sợi cáp vắt qua một puly và một ñối trọng di chuyển dọc tường. Thang máy ñiện lần ñầu tiên ñược phát minh bởi công ty SIEMENS & HALSKE cho cuộc triển lãm kỹ nghệ tại Mannheim năm 1880. Nó lên 22m trong 11 phút. Nó ñã chuyên chở 8.000 hành khách trong 1 tháng lên ñỉnh của lầu quan sát cho khu triển lãm. Thang máy ñiện ñầu tiên lên cao trên 200m ñược xây dựng tại Nữu Ước năm 1908. Sau ñó thang máy ñiện chạy nhanh nhất ñược thiết bị cho Sunshine Building ở Nhật với vận tốc 36km/h. Từ năm 1993, hãng MISUBITSHI ñã chế ra cho một tòa nhà cao tầng ở Nhật một thang máy có vận tốc 45km/h. Thang máy này ñược phát minh do Émile LETZ người Bỉ (Belgique) và hãng EBEL (huy chương vàng ở Batima năm 1983), là một sự ñổi mới trong cách thức giản dị của nó. Chỉ cần 1 bức tường mang nó, 1 ñinh vis gắn vô bức tường, buồng thang máy ñược gắn vô một ñai ốc (écrou) quay chung quanh vít. Một mô tơ lên và xuống cùng với buồng thang máy. Không cần phòng cho máy móc nên cũng không có ròng rọc, không có trọng, cũng không có ñối trọng, nhất là có lối ñi cấp kỳ khi bị hư. Loại này duy nhất thấy ở bênh viện Rothschild, khách sạn Ritz... Bình minh của kỷ nguyên nâng chuyển...

Thang máy có công suất lớn xuất hiện lần ñầu tiên vào giữa thế kỷ 19 ở Hoa Kỳ. ðó là một tời nâng hàng hoạt ñộng ñơn giản giữa hai tầng trong một công trình ở thành phố New York. Năm 1853, Elisha Graves Otis ñã trình diễn tại New York Crystal Palace, chứng minh hệ thống an toàn thang máy của ông bằng cách làm gián ñoạn cabin rơi xuống khi loại bỏ cáp tải, nguyên nhân làm hạn chế quá trình phát triển thang máy. Năm 1857, thang khách Otis ñầu tiên ñã ñưa vào hoạt ñộng tại cửa hàng bách hóa thành phố New York. Và 10 năm sau, sau khi ñã ñạt ñược hàng ngàn sản phẩm thang máy, những người con của Elisha ñã thành lập công ty Otis Brothers tại Yonkers, New York. Những thiết kế thang máy khác dần xuất hiện, bao gồm các kiểu ñiều khiển bánh răng – trục vít và thuỷ lực. Vai trò của ñiện...

Xuất hiện muộn hơn trong thế kỷ 19, với sự phát triển của ñiện học, ñộng cơ ñiện ñã ñược tích hợp vào kỹ thuật thang máy bởi nhà phát minh người ðức, Werner Von Siemens. ðộng cơ ñiện ñược ñặt vào máy cabin, truyền ñộng bánh răng ñể ăn khớp với cơ cấu thanh răng lắp trên tường. Năm 1887, thang ñiện ñược phát triển ở Baltimore, sử dụng tang trống xoay tròn ñể cuộn những sợi cáp. Nhưng những tang trống này thực tế không ñủ lớn ñể chứa những sợi cáp ñòi hỏi bắt buộc trong những công trình cao tầng. Những kỹ thuật và phương pháp ñiều khiển ñộng cơ ñiện không ngừng phát triển. Năm 1889, thang máy dùng bánh răng ñược kết nối trực tiếp vào ñộng cơ ñiện cho phép lắp ñặt tại các công trình có cấu trúc cao hơn. Vào năm 1903, thiết kế này ñã phát triển thành thang máy sử dụng máy kéo bao gồm ñộng cơ ñiện và hộp số, ñược lắp ñặt trên 100 công trình xây dựng ñể trở nên thông dụng và thay ñổi mãi mãi bộ mặt thành thị.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

160

suu tam: [email protected] ðộng cơ nhiều cấp tốc ñộ ñã thay thế kiểu một tốc ñộ truyền thống, giúp cho sự vận hành cũng như sự dừng tầng êm ái. Kỹ thuật nam châm ñiện ñã thay thế hệ thống ñóng/mở thắng và truyền ñộng dây cáp thủ công. Nút nhấn ñiều khiển cùng hệ thống ñiều khiển phức tạp khác nhau ñã làm ñổi mới thang máy. Sự cải tiến liên tục tính an toàn, kể cả phát minh ñáng chú ý của Charles Otis - một người con của Elisha - ñã phát triển hệ thống an toàn bất cứ khi nào cabin vượt quá tốc ñộ, ngay khi cáp tải vẫn còn nguyên vẹn.

Phát triển không ngừng…

Ngày nay, có những hệ thống ñiều khiển tốc ñộ phức tạp, và sự phối hợp ñóng/ngắt ñể ñiều khiển an toàn tốc ñộ cabin trong bất kỳ tình huống nào. Nút nhấn ñược tích hợp vào trong những bàn phím nhỏ gọn. Hầu như tất cả thang máy tự ñộng mang tính thương mại, vào thời ñại máy tính ñã mang vi ñiều khiển có khả năng hoạt ñộng, xử lý cũng như lưu trữ rất lớn, thang máy ñược lập trình ñặc biệt, cực ñại hoá năng suất và an toàn tuyệt ñối. Thang máy ñã trở thành trung gian của kỹ thuật kiến trúc và mỹ thuật, nó tô ñiểm và trang hoàn lộng lẫy công trình xây dựng. Những thiết kế sang trọng, hiện ñại cùng các ứng dụng kỹ thuật tiên tiến sẽ luôn làm thoả mãn và thăng hoa cảm xúc con người! 7.6.2. Khái niệm chung Thang máy (máy nâng) là thiết bị vận tải dùng ñể vận chuyển hàng hóa và người theo phương thẳng ñứng. Thang máy ñược lắp ñặt trong các nhà ở cao tầng, trong các khách sạn, siêu thị, công sở, bệnh viện, .v.v. Còn máy nâng thường ñược lắp ñặt trong các giếng khai thác mỏ hầm lò, trong các nhà máy sàng tuyển quặng. Phụ tải của thang máy thay ñổi trong một phạm vi rất rộng, nó phụ thuộc vào lượng hành khách ñi lại trong một ngày ñêm và hướng vận chuyển hành khách. Ví dụ như thang máy lắp ñặt trong nhà hành chính, buổi sáng ñầu giờ làm việc, hành khách ñi nhiều nhất theo chiều nâng, còn buổi chiều, cuối giờ làm việc sẽ là lượng hành khách nhiều nhất ñi theo chiều xuống. Bởi vậy, khi thiết kế thang máy phải tính toán cho phụ tải “xung” cực ñại.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

161

suu tam: [email protected] Những loại thang máy hiện ñại có kết cấu cơ khí phức tạp, hệ truyền ñộng, hệ thống khống chế phức tạp - nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn. Tất cả các thiết bị ñiện ñược lắp ñặt trong buồng thang và buồng máy. Buồng máy thường bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang máy.

Trong truyền ñộng của thang máy người ta sử dụng một ñối trọng nối với buồng thang bằng các sợi cáp, mục ñích ñể ñộng cơ luôn làm việc ở chế ñộ ñộng cơ và giảm lực căng của cáp, tăng ñộ an toàn. Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm, mục ñích ñể giữ buồng thang tại chỗ khi ñứt cáp, mất ñiện và khi tốc ñộ di chuyển vượt quá (20÷40)% tốc ñộ ñịnh mức. Ngoài ra một số thang máy còn trang bị bộ phận phanh hãm làm việc theo nguyên tắc: khi ñộng cơ ð kéo buồng thang chưa có ñiện thì phanh hãm kẹp chặt trục ñộng cơ. Khi ñộng cơ ð có ñiện thì phanh hãm giải phóng trục ñộng cơ ñể cho buồng thang di chuyển.

Bố trí các nút ấn trên thang máy: Các nút ấn gọi tầng bên ngoài các cửa tầng và các nút ấn ñến tầng bên trong buồng thang. Ngoài ra còn có các nút ấn bên trong buồng thang như nút báo ñộng khẩn cấp; ñiện thoại liên lạc với người ñiều khiển vận hành thang máy trong trường hợp sự cố; nút ñiều khiển ñóng, mở cửa thang máy … GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

162

suu tam: [email protected] Việc ñiều khiển thang máy có thể thực hiện từ hai vị trí: + Bên ngoài buồng thang, tại các cửa tầng bằng các nút ấn gọi tầng. + Bên trong buồng thang bằng các nút ấn ñến tầng và các nút chức năng khác.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

163

suu tam: [email protected]

7.6.3. Phân loại thang máy: a) Phân loại theo chức năng Theo chức năng, thang máy ñược phân thành các loại sau: 1234-

Thang máy chở người trong các nhà cao tầng. Thang máy dùng trong các bệnh viện. Thang máy chở hàng có người ñiều khiển. Thang máy dùng trong nhà ăn và thư viện.

b) Phân loại theo trọng tải 1- Thang máy loại nhỏ Q < 160Kg. 2- Thang máy trung bình Q = 500 ÷ 2000Kg. 3- Thang máy loại lớn Q > 2000Kg. c) Phân loại theo tốc ñộ di chuyển 1- Thang máy chạy chậm v = 0,5m/s. 2- Thang máy tốc ñộ trung bình v = 0,75 ÷ 1,5 m/s. 3- Thang máy cao tốc v = 2,5 ÷ 5 m/s. 7.6.4. Ảnh hưởng của tốc ñộ, gia tốc và ñộ giật ñối với hệ truyền ñộng thang máy Một trong những yêu cầu cơ bản ñối với hệ truyền ñộng thang máy là phải ñảm bảo cho buồng thang chuyển ñộng êm. Buồng thang chuyển ñộng êm hay không, phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và hãm máy. Các tham số chính ñặc trưng cho chế ñộ làm việc của thang máy là: tốc ñộ di chuyển v(m/s), gia tốc a(m/s2) và ñộ giật ρ(m/s3). Tốc ñộ di chuyển của buồng thang quyết ñịnh năng suất của thang máy, có ý nghĩa quan trọng, nhất là ñối với các tòa nhà cao tầng. ðối với các tòa nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v = 3,5m/s), giảm thời gian quá ñộ và tốc ñộ di chuyển của buồng thang ñạt gần bằng tốc ñộ ñịnh mức. Nhưng GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

164

suu tam: [email protected] việc tăng tốc ñộ lại dẫn ñến tăng giá thành của thang máy. Bởi vậy, tùy theo ñộ cao của nhà mà chọn thang máy có tốc ñộ phù hợp với tốc ñộ tối ưu. Tốc ñộ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc. Nhưng khi gia tốc lớn thì sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách như chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở… Bởi vậy gia tốc tối ưu là a ≤ 2 m/s2. Gia tốc tối ưu ñảm bảo năng suất cao, không gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách ñược ñưa ra trong bảng sau: Tham số Tốc ñộ thang máy (m/s) Gia tốc cực ñại (m/s2) Gia tốc tính toán trung bình (m/s2)

Hệ truyền ñộng Một chiều

Xoay chiều 0,5 1 0,5

0,75 1 0,5

1 1,5 0,8

1,5 1,5 1

2,5 2 1

3,5 2 1,5

Một ñại lượng nữa quyết ñịnh sự di chuyển êm của buồng thang là tốc ñộ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc ñộ giảm của gia tốc khi hãm máy. Nói một cách khác, ñó là ñộ giật:

ρ=

da d 2 v (m/s3) = dt dt 2

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

165

suu tam: [email protected] Biểu ñồ làm việc tối ưu của thang máy tốc ñộ trung bình và tốc ñộ cao ñược biểu diễn như trên hình vẽ. Biểu ñồ này có thể chia làm 5 giai ñoạn theo tính chất thay ñổi tốc ñộ của buồng thang: Mở máy, chế ñộ ổn ñịnh, hãm xuống tốc ñộ thấp, buồng thang ñến tầng và hãm dừng. Biểu ñồ tối ưu trên chỉ ñạt ñược nếu dùng hệ truyền ñộng một chiều (F-ð) hoặc dùng hệ truyền ñộng xoay chiều với ñộng cơ không ñồng bộ nhiều cấp tốc ñộ cấp nguồn từ bộ biến tần bán dẫn. ðối với thang máy chạy chậm, biểu ñồ chỉ có ba giai ñoạn: mở máy, chế ñộ ổn ñịnh và hãm dừng. 7.6.5. Vấn ñề dừng chính xác của thang máy Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi ấn nút dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hậu quả sau: - ðối với thang máy chở khách sẽ làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng thời gian ra, vào của hành khách, dẫn ñến giảm năng suất. - ðối với thang máy chở hàng, gây khó khăn trong việc xếp và bốc dỡ hàng. Trong một số trường hợp có thể không thực hiện ñược việc xếp và bốc dỡ hàng. ðể khắc phục hậu quả ñó, có thể ấn nhắp nút bấm ñể ñạt ñược ñộ chính xác khi dừng, nhưng sẽ dẫn ñến các vấn ñề không mong muốn sau; - Hỏng thiết bị ñiều khiển. - Gây tổn thất năng lượng. - Gây hỏng các thiết bị cơ khí. - Tăng thời gian từ lúc hãm ñến lúc dừng. * Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau: Khi buồng thang ñi ñến gần sàn tầng, công tắc chuyển ñổi tầng cấp lệnh lên hệ thống ñiều khiển ñộng cơ ñể dừng buồng thang. Trong khoảng thời gian ∆t (là thời gian tác ñộng của thiết bị ñiều khiển), buồng thang ñi ñược quãng ñường là: S' = Vo.∆t, [m] Trong ñó Vo là tốc ñộ của buồng thang lúc bắt ñầu hãm. Khi cơ cấu phanh tác ñộng là quá trình hãm buồng thang. Trong thời gian này, buồng thang ñi ñược một quãng ñường S''. S'' =

mVo2 , [m] 2( F ph ± FC )

Trong ñó: m - Khối lượng các thành phần chuyển ñộng của buồng thang, [kg]. Fph - Lực phanh, [N] FC - Lực cản tĩnh. Dấu (+) hoặc (-) trong biểu thức phụ thuộc vào chiều tác dụng của lực FC: khi buồng thang ñi lên (+) và khi buồng thang ñi xuống (-).

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

166

suu tam: [email protected] Quãng ñường buồng thang ñi ñược từ khi công tắc chuyển ñổi tầng cho lệnh dừng ñến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là: S = S' + S'' = Vo.∆t +

m

Vo S min S Smax

A'

A

A''

mVo2 2( F ph ± FC )

ðể dừng chính xác buồng thang, cần tính ñến một nửa hiệu số của hai quãng ñường trượt khi phanh buồng thang ñầy tải (Smax) và phanh buồng thang không tải (Smin) theo cùng một hướng di chuyển. Như vậy, công tắc chuyển ñổi tầng ñặt cách sàn tầng một khoảng cách nào ñó làm sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng ñường Smax và Smin. Sai số lớn nhất (ñộ dừng không chính xác lớn nhất) là: ∆S =

S max − S min 2

Ta thấy sai số này phụ thuộc chủ yếu vào các tham số: tốc ñộ thang máy trước khi dừng, thời gian trễ của các tín hiệu ñiều khiển, khối lượng buồng thang, lực cản khi hãm. 7.6.6. Sơ ñồ hệ thống tự ñộng khống chế thang máy tốc ñộ trung bình a) Tổng quan Khi thiết kế hệ trang bị ñiện - ñiện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệ truyền ñộng, chọn loại ñộng cơ phải dựa trên các yêu cầu sau: - ðộ chính xác khi dừng. - Tốc ñộ di chuyển buồng thang. - Gia tốc lớn nhất cho phép. - Phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ. Hệ truyền ñộng xoay chiều dùng ñộng cơ không ñồng bộ rôto lồng sóc và rôto dây quấn ñược dùng khá phổ biến trong trang bị ñiện – ñiện tử thang máy và máy nâng. Hệ truyền ñộng ñộng cơ không ñồng bộ rôto lồng sóc thường dùng cho thang máy chở hàng tốc ñộ chậm hoặc trung bình. Hệ truyền ñộng ñộng cơ không ñồng bộ rôto dây quấn thường dùng cho các máy nâng có trọng tải lớn (Công suất ñộng cơ truyền ñộng tới 200kW) nhằm hạn chế dòng ñiện khởi ñộng ñể không làm ảnh hưởng ñến nguồn ñiện cung cấp. Hệ truyền ñộng xoay chiều dùng ñộng cơ không ñồng bộ nhiều cấp tốc ñộ thường dùng cho thang máy chở khách tốc ñộ trung bình. Hệ truyền ñộng một chiều thường dùng cho các thang máy cao tốc. Nhược ñiểm của hệ này là công suất ñặt lớn so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận hành và sửa chữa. b) Giới thiệu các phần tử chính của sơ ñồ Hệ thống truyền ñộng ñiện dùng cho thang máy tốc ñộ trung bình thường là hệ truyền ñộng xoay chiều với ñộng cơ không ñồng bộ 2 cấp tốc ñộ. Hệ này ñảm bảo dừng chính xác GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

167

suu tam: [email protected] cao, thực hiện bằng cách chuyển tốc ñộ của ñộng cơ xuống thấp (Vo) trước khi buồng thang sắp ñến sàn tầng. Cầu dao CD và áptômát Ap: ðóng nguồn cung cấp cho hệ truyền ñộng. ð: ðộng cơ quay buồng thang. Khi các tiếp ñiểm của các công tắc tơ:

N + C : Buồng thang sẽ ñược nâng lên với tốc ñộ cao. N + T : Buồng thang ñược nâng lên với tốc ñộ thấp. H + C : Buồng thang ñược hạ với tốc ñộ cao. H + T : Buồng thang ñược hạ với tốc ñộ thấp.

NCH: Nam châm của phanh hãm ñiện từ. Khi công tắc tơ N hoặc H có ñiện sẽ làm cho

NCH , phanh hãm giải phóng trục cho ñộng cơ ð kéo buồng thang di chuyển. Các ñèn ð1 ÷ ð5 là 5 ñèn ở các cửa tầng. ð6 là ñèn chiếu sáng ở trong buồng thang. 1CT ÷ 5CT là các công tắc ở các cửa tầng. Các công tắc chuyển ñổi tầng 1CðT ÷ 5CðT có 3 vị trí, ñây là các cảm biến dừng buồng thang và xác ñịnh vị trí thực của buồng thang so với các tầng. Khi buồng thang ở dưới một tầng nào thì công tắc CðT tương ứng mà buồng thang ñã ñi qua ñược gạt về bên trái. Khi buồng thang ở trên tâng nào thì các công tắc CðT tương ứng mà buồng thang ñã ñi qua ñược gạt về bên phải. ðiều khiển hoạt ñộng của thang máy ñược thực hiện từ hai vị trí: Tại cửa tầng bằng nút ấn gọi tầng 1GT÷5GT và trong buồng thang bằng các nút bấm ñến tầng 1ðT÷5ðT. ðể dừng buồng thang tại mỗi sàn tầng, trong sơ ñồ dùng hãm cuối HC ñặt trong buồng thang. HC có thể bị ấn hở ra do các chốt cơ khí ñặt ở các sàn tầng hoặc khi cuộn dây NC 2 (17) sẽ hút tiếp ñiểm HC(14). Hãm cuối 1HC(1) và 2HC(1) liên ñộng với sàn buồng thang. Nếu trong buồng thang có người, tiếp ñiểm của chúng mở ra. 1HC nối song song với công tắc cửa buồng thang CBT, nên dù 1HC mở nhưng mạch vẫn ñược nối liền qua CBT. Khi có người vào trong buồng thang thì 2 HC (1), làm cho cuộn dây rơle trung gian

RTr (1), tiếp ñiểm thường kín của nó RTr làm các ñèn ð1÷ð6 sáng lên báo hiệu buồng thang ñang làm việc và chiếu sáng buồng thang. 2 HC (1) cũng sẽ làm các nút ấn gọi tầng 1GT÷5GT mất tác dụng. 2PK÷5PK: Các chốt then cài cửa tầng. 1PK: ðược ñóng bởi nam châm (cuộn dây) 1NC(16). FBH: Công tắc hành trình liên ñộng với phanh hãm ñiện từ. c) Nguyên lý hoạt ñộng * ðiều kiện làm việc: Thang máy chỉ ñược phép làm việc khi ñã có ñủ các ñiều kiện liên ñộng: + 1D kín, 2D kín, 3D kín, CT kín, FBH kín.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

168

suu tam: [email protected] + 1CT ÷ 5CT kín (các cửa tầng ñã ñóng). + Cửa buồng thang ñóng: CBT kín. * Buồng thang ñang ở tầng số 5, hiện có một khách ở tầng 2 muốn dùng thang máy: Giả sử các ñiều kiện ñể thang máy hoạt ñộng ñã ñủ và trong buồng thang hiện không có người. Khách bấm nút gọi tầng 2GT, lúc này nút gọi tầng chỉ có hiệu quả khi trong thang máy không có người, do ñó tiếp ñiểm 2 HC (1). Khi ấn 2GT(9) thì cuộn dây RT 2 (8) -> tiếp ñiểm RT 2 (9) -> cuộn dây C (12) -> tiếp ñiểm C (15) -> cuộn dây NC 2 (17) hút tiếp ñiểm cơ khí HC(14) (ñặt ở buồng thang) hở ra ñể nó không gạt vào các chốt cơ khí ở các sàn tầng 5,4,3. ðồng thời tiếp ñiểm C (15) cũng sẽ làm cuộn dây NC1 (16) làm hút tiếp ñiểm 1PK (12), do ñó cuộn dây công tăc tơ H (14). Kết quả H + C : Buồng thang ñược hạ với tốc ñộ cao. Khi hành khách thả nút ấn 2GT thì mạch ñược duy trì bởi tiếp ñiểm H (14) + T (13). Buồng thang hạ nhanh qua các tầng 5,4,3 làm gạt các công tắc chuyển ñổi tầng 5CðT, 4CðT, 3 CðT về bên trái. Khi buồng thang gần ñến sàn tầng số 2 từ phía trên làm gạt công tắc 2CðT vào giữa, làm cho các cuộn dây C (12) + RT 2 (8), do ñó tiếp ñiểm C (15) -> cuộn dây nam châm NC 2 (17) làm cho tiếp ñiểm HC(14) ñược phục hồi ñể chuẩn bị gạt vào chốt cơ khí ở tầng 2. ðồng thời tiếp ñiểm thường kín C (18) làm cho cuộn dây T (18). Kết quả là các công tắc tơ H + T : buồng thang ñược hạ với tốc ñộ thấp. Mạch duy trì lúc này là các tiếp ñiểm HC (14) + H (14). Khi buồng thang hạ ñến sàn tầng số 2, chốt cơ khí ở sàn tâng 2 ấn vào HC(14) làm

HC (14), làm hở mạch duy trì, các công tắc tơ H và T mất ñiện làm ñộng cơ ð bị cắt ñiện, nam châm ñiện kẹp chặt trục ñộng cơ làm buồng thang dừng lại. * Buồng thang ñang ở tầng số 2, hiện có khách ở tầng 2 muốn ñi ñến tầng 5 Khách vào buồng thang, các ñiều kiện làm việc ñã ñủ: tiếp ñiểm 2 HC (1) làm cuộn dây

RTr (1) -> tiếp ñiểm thường kín RTr -> các ñèn ð1÷ð6 sáng lên, các nút gọi tầng mất tác dụng. Khách ấn vào nút ñến tầng 5ðT trong buồng thang -> có xung 5ðT(2) -> cuộn dây

RT 5 (2) -> tiếp ñiểm RT 5 (3) -> cuộn dây C (12) -> tiếp ñiểm C (15) -> cuộn dây NC 2 (17) hút tiếp ñiểm HC(14) (ñặt ở trên buồng thang) hở ra ñể cho tiếp ñiểm HC(14) không bị gạt bởi các chốt cơ khí ở các sàn tầng 1,2,3,4. ðồng thời tiếp ñiểm C (15) sẽ làm cho cuộn dây NC1 (16) -> hút tiếp ñiểm cơ khí 1PK (12) -> cuộn dây N (13) (do tiếp ñiểm RT 5 (20) + tiếp ñiểm 5CðT ñang nằm về bên trái).

Kết quả ta có các công tắc tơ N + C : ðộng cơ quay ñưa buồng thang ñi lên với tốc ñộ cao.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

169

suu tam: [email protected] Khi khách thả nút ấn 5ðT(2) ra, cuộn dây của công tắc tơ nâng N(13) ñược duy trì bởi tiếp ñiểm T (13) + N (13). Buồng thang di chuyển nhanh qua các tầng 2,3,4 làm các công tắc chuyển ñổi tầng 2CðT, 3CðT, 4CðT bị gạt về bên phải. Khi buồng thang chạy ñến gần sàn tầng số 5, nó sẽ gạt 5CðT vào giữa, làm cho cuộn dây

C (12) và cuộn dây RT 5 (2) -> tiếp ñiểm C (15) -> cuộn dây NC 2 (17) -> tiếp ñiểm cơ khí HC (14): phục hồi tiếp ñiểm có khí HC ñể chuẩn bị cho HC gạt vào chốt cơ khí ở sàn tầng 5. ðồng thời lúc này tiếp ñiểm thường kín C (18) -> cuộn dây công tắc tơ T (18). Kết quả các công tắc tơ sau có ñiện: N + T , buồng thang ñược nâng lên với tốc ñộ thấp. Mạch duy trì lúc này là HC (14) + N (13). Khi ñộng cơ chạy ñến ngang sàn tầng 5, chốt cơ khí ở sàn tầng 5 gạt vào HC(14) làm

HC (14) làm mạch duy trì bị mất, cuộn dây N (13) -> tiếp ñiểm N (17) -> cuộn dây công tắc tơ T (18). Cả 2 công tắc tơ N và T ñều mất ñiện làm ñộng cơ ð mất ñiện và phanh hãm kẹp chặt trục ñộng cơ ð làm ñộng cơ ð dừng lại.

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

170

suu tam: [email protected] CD 4CC 4CC

BA

AP

220/36V ð1 ð2 ð3 ð4 ð5

1CT

2CT

3CT

2D

CT

FB

4CT CBT

H

C

T

ð6

RTr 1D

N

5CT 3D

RN

RN

RN RN

NCH

N H

ð 1HC

RTr

2HC 5ðT

5GT RT5 5CðT RT4 4CðT

5GT

23

4GT

22

RT5

3GT

3 RT4

3CðT

21

3GT

2GT RT2

2CðT RT1

1CðT

20

5

19

2GT

1GT

HC

2HC

1PK

2PK 3PK

4PK

N

H N

H HC

C

5PK

2CC

C

7 RT2

9 RT1

11 C

T

N H

GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện

12 13 14 15

3CC

C

10

RT1

1NC

H

8

RT2

CL

N

6

RT3

1ðT 1GT

T

RT3

2ðT

1,2,3,4,5 ðT

4

RT4

3ðT RT3

2

RT5

4ðT 4GT

1

2NC

T

16 17 18

171

suu tam: [email protected]

MỤC LỤC Trang Chương 1

Những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện (2 tiết)

1.1 Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền động điện 1.1.1 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện 1.2 Đặc tính cơ của truyền động điện 1.2.1 Đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất 1.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện 1.2.3 Độ cứng của đặc tính cơ 1.2.4 Sự phù hợp giữa đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất Chương 2

Các đặc tính và trạng thái làm việc của động cơ điện (8 tiết)

2.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và kích từ song song 2.1.1 Phương trình đặc tính cơ 2.1.2 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ 2.1.3 Mở máy (khởi động) động cơ điện một chiều kích từ độc lập 2.1.4 Đảo chiều quay động cơ 2.2 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 2.2.1 Phương trình đặc tính cơ 2.2.2 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ 2.2.3 Mở máy (khởi động) động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 2.2.4 Đảo chiều quay động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 2.3 Các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều 2.3.1 Hãm tái sinh 2.3.2 Hãm ngược 2.3.3 Hãm động năng 2.4 Động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ (KĐB) 2.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 2.4.2 Phương trình đặc tính cơ 2.4.3 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ 2.4.4 Mở máy (khởi động) động cơ điện KĐB 2.4.5 Đảo chiều quay động cơ điện KĐB 2.5 Các trạng thái hãm của động cơ điện KĐB

1 1 1 2 3 3 4 5 6 7 7 7 10 12 13 14 14 16 17 17 18 19 20 22 24 24 26 28 31 34 35

suu tam: [email protected]

2.5.1 Hãm tái sinh 2.5.2 Hãm ngược 2.5.3 Hãm động năng Chương 3

Điều chỉnh tốc độ truyền động điện (8 tiết)

3.1 Các chỉ tiêu chất lượng điều chỉnh tốc độ 3.1.1 Dải điều chỉnh tốc độ 3.1.2 Độ trơn điều chỉnh 3.1.3 Độ ổn định tốc độ (độ cứng của đặc tính cơ) 3.1.4 Tính kinh tế 3.1.5 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải 3.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song) (1t) 3.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông 3.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng 3.3 Các hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện một chiều (4t) 3.4.1 Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ) 3.4.1.1 Hệ F - Đ đơn giản 3.4.1.2 Hệ F - Đ có phản hồi âm áp, dương dòng. 3.4.1.3 Hệ F - Đ có phản hồi âm tốc độ 3.4.2 Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT - Đ) 3.4.3 Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ 3.4.3.1 Giới thiệu Thyristor 3.4.3.2 Các sơ đồ chỉnh lưu Thyristor 3.4.3.3 Hệ truyền động T - Đ 3.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều 3 pha KĐB (2t) 3.5.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto. 3.5.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato. 3.5.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều. 3.5.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ. Chương 4

Tính chọn công suất động cơ (2 tiết)

4.1 Những vấn đề chung 4.2 Phát nóng và nguội lạnh của động cơ 4.3 Các chế độ làm việc của truyền động điện 4.4 Tính chọn công suất động cơ cho những truyền động không điều chỉnh tốc độ 4.4.1 Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn 4.4.2 Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn

35 36 37 40 41 41 41 41 42 42 42 42 44 45 46 46 46 47 49 49 51 51 55 56 58 58 59 59 60 61 61 61 62 63 63 64

suu tam: [email protected]

4.4.3 Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại 4.5 Tính chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ 4.6 Kiểm nghiệm công suất động cơ Các phần tử khống chế tự động truyền động điện (3 tiết) 5.1 Các phần tử bảo vệ 5.1.1 Cầu chảy 5.1.2 Rơle nhiệt 5.1.3 Áptômat 5.2 Các phần tử điều khiển 5.2.1 Công tắc 5.2.2 Nút ấn 5.2.3 Cầu dao 5.2.4 Bộ khống chế 5.2.5 Công tắc tơ 5.3 Rơle 5.3.1 Rơle điện từ 5.3.2 Rơle trung gian 5.3.3 Rơle dòng điện và rơle điện áp 5.3.4 Rơle thời gian

65 65 66

Chương 5

Chương 6

Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện (3 tiết)

67 67 67 68 69 70 70 71 72 73 74 74 74 76 77 78 79

6.1 Khái niệm chung

79

6.2 Điều khiển tự động theo nguyên tắc thời gian.

79

6.3 Điều khiển tự động theo nguyên tắc tốc độ.

82

6.4 Điều khiển tự động theo nguyên tắc dòng điện.

84

6.5 Các nguyên tắc điều khiển khác.

86

Chương 7

Các sơ đồ hệ thống điều khiển truyền động điện điển hình (19 tiết)

7.1 Trang bị điện - điện tử máy doa (2t) 7.1.1 Đặc điểm công nghệ, yêu cầu về truyền động điện và TBĐ 7.1.2 Sơ đồ truyền động chính của máy doa ngang 2620 7.2 Trang bị điện - điện tử máy tiện (4t) 7.2.1 Đặc điểm công nghệ 7.2.2 Sơ đồ truyền động chính máy tiện 1A660 7.3 Trang bị điện - điện tử máy bào giường (3t) 7.3.1 Đặc điểm công nghệ

87 87 87 87 89 89 89 94 94

suu tam: [email protected]

7.3.2 Sơ đồ truyền động chính máy bào giường hệ F-Đ 7.4 Trang bị điện - điện tử máy mài (2t) 7.4.1 Đặc điểm công nghệ 7.4.2 Sơ đồ truyền động chính máy mài 3A161 7.5 Trang bị điện - điện tử lò hồ quang (4t) 7.5.1 Khái niệm chung và phân loại 7.5.2 Sơ đồ điện thiết bị chính mạch lực lò hồ quang 7.5.3 Nguyên lý làm việc của lò hồ quang 7.5.4 Sơ đồ 1 pha khống chế dịch cực lò hồ quang 7.6 Trang bị điện - điện tử thang máy (4t) 7.6.1 Đặc điểm công nghệ 7.6.2 Vấn đề dừng chính xác thang máy 7.6.4 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình Tài liệu tham khảo

95 99 99 99 101 101 101 102 104 105 105 105 107 110

suu tam: [email protected]

Tài liệu tham khảo 1. Trang bị ñiện - ñiện tử công nghiệp, Vũ Quang Hồi, NXB Giáo Dục - 2000. 2. Trang bị ñiên- ñiện tử máy gia công kim loại, Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi, NXB Giáo Dục. 3. Trang bị ñiên- ñiện tử máy công nghiệp dùng chung, Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liên Anh, NXB Giáo Dục. 4. ðiều khiển tự ñộng truyền ñộng ñiện, Trịnh ðình ðề, Võ Trí An, NXB ðại học và Trung học chuyên nghiệp - 1983. 5. Truyền ñộng ñiện, Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, NXB KH và KT 2001. 6. Giáo trình truyền ñộng ñiện, Bùi ðình Tiếu, Nhà xuất bản giáo dục, 2004. 7. Cơ sở truyền ñộng ñiện tự ñộng, Tsilikin M. G. (sách dịch), NXB KH và KT - 1977. 8. ðiện tử công suất và ñiều khiển ñộng cơ ñiện, Cyril W. Lander (sách dịch), NXB Khoa học và Kỹ thuật - 1993. 9. ðiện tử công suất, Nguyễn Bính, NXB Khoa học và Kỹ thuật - 2000 10. Các website về thiết bị ñiện, ñộng cơ, trang bị ñiện trong máy.