Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng thay đổi thông số

Vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK:

Động cơ ĐK, được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm nổi bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư ít, giá thành hạ, trọng lượng, kích thước nhỏ hơn khi dùng công suất định mức so với động cơ một chiều.

Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha…

Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu, (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ).

Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tin học, động cơ ĐK mới được khai thác các ưu điểm của chúng. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả so với hệ Tiristor - Động cơ điện một chiều.

Qua phương trình đặc tính cơ của động cơ ĐK:

M=2Mth(I+asth)ssth+sths+2asth size 12{M= { {2M rSub { size 8{ ital "th"} } ( I+ ital "as" rSub { size 8{ ital "th"} } ) } over { { {s} over {s rSub { size 8{ ital "th"} } } } + { {s rSub { size 8{ ital "th"} } } over {s} } +2 ital "as" rSub { size 8{ ital "th"} } } } } {} (3-13)

Trong đó:ĉ (3-14)

Và: ĉ (3-15)

sth=±R2Σ'R12+Xnm2 size 12{s rSub { size 8{ ital "th"} } = +- { {R rSub { size 8{2Σ} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {R rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +X rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } } } } {} (3-16)

Qua biểu thức (3-13), (3-14), (3-15), (3-16) ta thấy rằng khi thay đổi các thông số điện trở, điện kháng, điện áp, tần số, số đôi cực thì sẽ thay đổi được sth, Mth và sẽ điều chỉnh được tốc độ của động cơ ĐK.

Điều chỉnh tộc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto (R2f):

Qua các biểu thức (3-14), (3-15), khi thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto động cơ ĐK sẽ làm cho sth thay đổi tỷ lệ còn Mth thì không thay đổi, vì vậy sẽ thay đổi được tốc độ ? của động cơ ĐK như trên hình 3-6:

* Nguyên lý điều chỉnh: khi thay đổi R2f với các giá trị khác nhau, thì sth sẽ thay đổi tỷ lệ, con` Mth = const, ta sẽ được một họ đặc tính cơ có chung ?o, Mth, có tốc độ khác nhau và có các tốc độ làm việc xác lập tương ứng.

Qua hình 3-6, ta có: Mth = const

Và: 0 < R2f1 < R2f2 < … < R­2f.ic < …

S_thTN < s_th1 < s_th2 < … < s_th.i­c < …

Δω_TN < Δω₁ < Δω₂ < … < Δω_ic < …

ω_TN > ω₁ > ω₂ > … > ω_ic > …

Như vậy, khi cho R2f càng lớn để điều chỉnh tốc độ càng nhỏ, thì độ cứng đặc tính cơ càng dốc, sai số tĩnh càng lớn, tốc độ làm việc càng kém ổn định, thậm chí khi R2f = R2f.ic, dẫn đến Mn = Mc cho động cơ không quay được (? = 0).

Và khi thay đổi các giá trị R2f.i > R2f.ic thì tốc độ động cơ vẫn bằng không (? = 0), nghĩa là không điều chỉnh được tốc độ, hay còn gọi là điều chỉnh không triệt để.

* Các chỉ tiêu chất lượng của phương pháp:

Phương pháp này có sai số tĩnh lớn, nhất là khi điều chỉnh càng sâu thì s% càng lớn, có thể s% > s%cp.

Phạm vi điều chỉnh hẹp (thường D = IJ3).

Độ tinh khi điều chỉnh: ?Ġ 1 (điều chỉnh có cấp).

Vùng điều chỉnh dưới tốc độ định mức (? < ?đm).

Phù hợp với phụ tải thế năng, vì khi điều chỉnh mà giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi (M ~ Mc).

* Ưu: Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch rôto để điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK như trên có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ. Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho các phụ tảI dạng thế năng (Mc = const).

* Nhược điểm: Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là điều chỉnh không triệt để; khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tĩnh càng lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch rôto, dòng rôto lớn nên phải thay đổi từng cấp điện trở phụ, công suất điều chỉnh lớn, tổn hao năng lượng trong quá trình điều chỉnh lớn.

Mặc dù vậy, phương pháp này thường được áp dụng cho điều chỉnh tốc độ các động cơ ĐK truyền động cho các máy nâng - vận chuyển có yêu cầu điều chỉnh tốc độ không cao. Muốn nâng cao các chỉ tiêu chất lượng thì dùng phương pháp “ xung điện trở ”.

Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato (us):

Mômen động cơ ĐK tỉ lệ với bình phương điện áp stato, nên có thể điều chỉnh mômen và tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato và giữ tần số không đổi nhờ bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC) như hình 3-7:

Nếu coi bộ ĐAXC là nguồn lí tưởng (Zb = 0), khi ub ? uđm thì mômen tới hạn Mth.u tỉ lệ với bình phương điện áp, còn sth.u = const:

Mth.u=Mth.ghubu12=Mth.ub2sth.u=sth.gh=const} size 12{alignl { stack { left none M rSub { size 8{ ital "th" "." u} } =M rSub { size 8{ ital "th" "." ital "gh"} } left ( { {u rSub { size 8{b} } } over {u rSub { size 8{1} } } } right ) rSup { size 8{2} } =M rSub { size 8{ ital "th"} } "." u rSub { size 8{b} } rSup { size 8{*2} } {} # right rbrace left none s rSub { size 8{"th" "." u} } =s rSub { size 8{ ital "th" "." ital "gh"} } = ital "const" {} # right rbra } } rbrace } {} (3-17)

Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát nóng của động cơ, người ta mắc thêm điện trở R2f (hình 3-7). Khi đó, nếu điện áp đặt vào stato là định mức (ub = u1) thì ta được đặc tính mềm hơn đặc tính tự nhiên, gọi là đặc tính giới hạn.

Rõ ràng là:Ġ; Mth­.gh = Mth (3-18)

Trong đó: Mth.gh, sth.gh là mômen và hệ số trượt tới hạn của đặc tính giới hạn (đ/tGH).

Mth, sth là mômen và hệ số trượt tới hạn của đặc tính tự nhiên.

Dựa vào đặc tính giới hạn Mgh(s), và nếu ? = const, ta suy ra đặc tính điều chỉnh ứng với giá trị ub cho trước nhờ quan hệ:

Mu=ub2; Mu=MuMgh size 12{M rSub { size 8{u} } rSup { size 8{*} } =u rSub { size 8{b} } rSup { size 8{*2} } ;" M" rSub { size 8{u} } rSup { size 8{*} } = { {M rSub { size 8{u} } } over {M rSub { size 8{ ital "gh"} } } } } {} (3-19)

Đặc tính điều chỉnh trong trường hợp này như hình 3-7b.

Phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ như: máy bơm, quạt gió, … Có thể dùng máy biến áp tự ngẫu, điện kháng, hoặc bộ biến đổi bán dẫn làm bộ ĐAXC cho động cơ ĐK.

Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi số đôi cực (p):

Theo quan hệ:

ω=ω0(1−s)=2pf1(1−s)p size 12{ω=ω rSub { size 8{0} } ( 1 - s ) = { {2 ital "pf" rSub { size 8{1} } ( 1 - s ) } over {p} } } {} (3-20)

Trong đó: f1 là tần số lưới điện, p là số đôi cực.

Vậy, thay đổi số đôi cực p, sẽ điều chỉnh được ?o và sẽ điều chỉnh được ?. Để có thể thay đổi được số đôi cực p, người ta phải chế tạo những động cơ ĐK đặc biệt, có các tổ dây quấn stato khác nhau để tạo ra được p khác nhau, gọi là máy đa tốc.

Ví dụ ta có một tổ nối dây stato (1 pha) gồm 2 đoạn, mỗi đoạn là một phần tử như hình 3-8. Nếu ta đấu nối tiếp 2 đoạn đó thuận cực nhau (đánh dấu * trên hình vẽ), thì do đường sức từ phân bố trên như trên hình 3-8a, nên số cực sẽ là 4 và p = 2.

Như vậy, bằng cách đổi nối đơn giản các tổ dây quấn, ta đã điều chỉnh được tốc độ: từ ?o ở sơ đồ 3-8a thành lên 2?o như ở sơ đồ 3-8b, c; và điều chỉnh được tốc độ ? của động cơ ĐK.

Thực tế, các động cơ ĐK đa tốc độ thường gặp là đổi nối theo hai cách: hình saoĠsao kép (YĠ ) và tam giácĠsao kép (?Ġ ). Sơ đồ đổi nối đước giới thiệu trên hình 3-9:

Khi nối ? hoặc Y, hai đoạn dây quấn mỗi pha được đấu nối tiếp thuận cực giống như trên hình 3-9a, nên ta giả thiết khi đó p = 2 và tương ứng tốc độ đồng bộ là ?o. Khi đổi nối thành , các đoạn dây sẽ nối song song ngược cực giống như hình 3-9c, nên p = 1, tốc độ đồng bộ tăng gấp đôi (?o = 2?o).

Để dựng các đặc tính điều chỉnh, ta cần xác định cá trị số Mth, sth và ?o cho từng cách nối dây.

Đối với trường hợp ?Ġ ta có các quan hệ khi nối ?, hai đoạn dây stato đấu nối tiếp, nên:

R1=2r1; X1=2x1R2=2r2; X2=2x2; Xnm=2xnm} size 12{alignl { stack { left none R rSub { size 8{1} } =2r rSub { size 8{1} } ;" X" rSub { size 8{1} } =2x rSub { size 8{1} } {} # right rbrace left none R rSub { size 8{2} } =2r rSub { size 8{2} } ;" X" rSub { size 8{2} } =2x rSub { size 8{2} } ;" X" rSub { size 8{"nm"} } =2x rSub { size 8{ ital "nm"} } {} # right rbra } } rbrace } {} (3-21)

Trong đó: r1, r2, x1, x2 là điện trở và điện kháng mỗi đoạn dây stato và rôto.

Điện áp trên dây quấn mỗi pha làĠ. Do đó:

sth.Δ=R2Δ'R1Δ2+(X1Δ+X2Δ')2=r2'r12+xnm2 size 12{s rSub { size 8{ ital "th" "." Δ} } = { {R rSub { size 8{2Δ} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {R rSub { size 8{1Δ} } rSup { size 8{2} } + ( X rSub { size 8{1Δ} } +X rSub { size 8{2Δ} } rSup { size 8{'} } ) rSup { size 8{2} } } } } = { {r rSub { size 8{2} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } } } } {} (3-22)

Mth.Δ=3(3.U1)22ωoR1Δ±R1Δ2+XnmΔ2=9U124ωor1+r12+xnm2 size 12{M rSub { size 8{ ital "th" "." Δ} } = { {3 ( sqrt {3} "." U rSub { size 8{1} } ) rSup { size 8{2} } } over {2ω rSub { size 8{o} } left [R rSub { size 8{1Δ} } +- sqrt {R rSub { size 8{1Δ} } rSup { size 8{2} } +X rSub { size 8{ ital "nm"Δ} } rSup { size 8{2} } } right ]} } = { {9U rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {4ω rSub { size 8{o} } left [r rSub { size 8{1} } + sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } right ]} } } {} (3-23)

Nếu đổi thành thì:

R1=12r1; X1 =12x1; R2 =12r2; X2 =12x2 size 12{R rSub { size 8{1" "} } = { {1} over {2} } r rSub { size 8{1} } ;" X" rSub { size 8{"1 "} } = { {1} over {2} } x rSub { size 8{1} } ;" R" rSub { size 8{"2 "} } = { {1} over {2} } r rSub { size 8{2} } "; X" rSub { size 8{"2 "} } = { {1} over {2} } x rSub { size 8{2} } } {} (3-24)

Còn điện áp trên dây quấn mỗi pha là: Uf = U1. Vì vậy:

sth.=R2'R12+(X1+X2')2=r2'r12+xnm2 size 12{s rSub { size 8{ ital "th" "." " "} } = { {R rSub { size 8{2} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {R rSub { size 8{1" "} } rSup { size 8{2} } + ( X rSub { size 8{1" "} } +X rSub { size 8{2" "} } rSup { size 8{'} } ) rSup { size 8{2} } } } } = { {r rSub { size 8{2} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } } } } {} (3-25)

M th . = 3 ( 3 . U 1 ) 2 2ω o R 1 ± R 1 2 + X nm 2 = 9U 1 2 4ω o r 1 + r 1 2 + x nm 2 size 12{M rSub { size 8{ ital "th" "." " "} } = { {3 ( sqrt {3} "." U rSub { size 8{1} } ) rSup { size 8{2} } } over {2ω rSub { size 8{o" "} } left [R rSub { size 8{1" "} } +- sqrt {R rSub { size 8{1" "} } rSup { size 8{2} } +X rSub { size 8{ ital "nm"" "} } rSup { size 8{2} } } right ]} } = { {9U rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {4ω rSub { size 8{o} } left [r rSub { size 8{1} } + sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } right ]} } } {}

(3-26)

So sánh (3-62) với (3-59) ta thấy:

MthMth.Δ=23 size 12{ { {M rSub { size 8{ ital "th"" "} } } over {M rSub { size 8{"th" "." Δ} } } } = { {2} over {3} } } {} (3-27)

Như vậy, khi đổi nối ?Ġ , tốc độ không tải lý tưởng tăng lên 2 lần (?o = ?o?), độ trượt tới hạn không đổi (giá trị tương đối), còn mômen tới hạn giảm mất 1/3 lần. Đặc tính điều chỉnh có dạng như trên hình 3-10a.

Đối với trường hợp đổi nốiĠ ta cũng suy luận tương tự. Khi nối Y, các đoạn dây đấu nối tiếp và U1Y = U1, nên:

sth.Δ=r2'r12+xnm2MthY=3U124ωor1±r12+xnm2} size 12{alignl { stack { left none s rSub { size 8{"th" "." Δ} } = { {r rSub { size 8{2} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{"nm"} } rSup { size 8{2} } } } } {} # right rbrace left none M rSub { size 8{"thY"} } = { {3U rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {4ω rSub { size 8{o} } left [r rSub { size 8{1} } +- sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } right ]} } {} # right rbra } } rbrace } {} (3-28)

So sánh (3-28) với các biểu thức tương ứng của sơ đồ sao kép là (3-25) và (3-26) ta được:

s_thY = s_th ; MthY=12Mth size 12{M rSub { size 8{ ital "thY"} } = { {1} over {2} } M rSub { size 8{ ital "th"} } } {} (3-29)

Như vậy, khi đổi nốiĠ , tốc độ không tải lý tưởng và mômen tới hạn tăng gấp đôi, còn hệ số trượt tới hạn vẫn giữ nguyên giá trị tương đối của nó (hình 3-10b).

Để xác định phụ tải cho phép khi điều chỉnh tốc độ, xuất phát từ giá trị công suất rồi suy ra mômen. Từ biểu thức của công suất, ta có:

Khi nối ?:

Pc.cpΔ=33U1I1đmcosϕΔηΔ size 12{P rSub { size 8{c "." ital "cp"Δ} } =3 sqrt {3} U rSub { size 8{1} } I rSub { size 8{1 ital "đm"} } "cos"ϕ rSub { size 8{Δ} } η rSub { size 8{Δ} } } {} (3-30)

Khi nối :

Pc.cp=33U1I1đmcosϕη size 12{P rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } =3 sqrt {3} U rSub { size 8{1} } I rSub { size 8{1 ital "đm"} } "cos"ϕ rSub { size 8{" "} } η} {} (3-31)

Do đó:ĉ (3-32)

Thực tế cho phép coi Pc.cp? ? Pc.cp , vì hệ số công suất và hiệu suất khi nối ? cao hơn khi nối . Đó là do khi nối , điện áp đặt lên từng đoạn dây quấn lớn hơn khi nối ?, nên dòng từ hóa tăng một cách vô ích:

Từ (3-32) ta suy ra quan hệ của mômen tải cho phép:

Mc.cpMc.cpΔ≈Pc.cp/ωoPc.cpΔ/ωoΔ≈ωoωo=12 size 12{ { {M rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } } over {M rSub { size 8{c "." "cp"Δ} } } } approx { {P rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } /ω rSub { size 8{o" "} } } over {P rSub { size 8{c "." ital "cp"Δ} } /ω rSub { size 8{oΔ} } } } approx { {ω rSub { size 8{o" "} } } over {ω rSub { size 8{o} } } } = { {1} over {2} } } {} (3-33) Như vậy, khi đổi nốiĠ , mômen phụ tải cho phép của động cơ giảm đi hai lần, còn công suất cho phép thì được giữ không đổi (Pcp = const). Điều đó chứng tỏ phương pháp đổi nối này phù hợp với những máy có mômen tải tỷ lệ nghịch với tốc độ.

Nếu đặt: ? = Mth/Mc.cp thì từ (3-27) và (3-32) ta thấy:

λλΔ≈Mth/Mc.cpMthΔ/Mc.cpΔ=43 size 12{ { {λ rSub { size 8{" "} } } over {λ rSub { size 8{Δ} } } } approx { {M rSub { size 8{ ital "th"" "} } /M rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } } over {M rSub { size 8{ ital "th"Δ} } /M rSub { size 8{c "." ital "cp"Δ} } } } = { {4} over {3} } } {} (3-34)

Nghĩa là khi đổi nốiĠ , khả năng quá tải của động cơ tăng lên 4/3 lần.

Nếu các đoạn dây nối hình Y, thì:

Pc.cpY=3U1I1đmcosϕYηY size 12{P rSub { size 8{c "." ital "cpY"} } =3U rSub { size 8{1} } I rSub { size 8{1 ital "đm"} } "cos"ϕ rSub { size 8{Y} } η rSub { size 8{Y} } } {} (3-35)

So sánh với trường hợp nối [xem (3-31)] ta có:

Pc.cpPc.cpY=2cosϕη3cosϕYηY≈2 size 12{ { {P rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } } over {P rSub { size 8{c "." "cp"Y} } } } = { {2"cos"ϕ" "η" "} over { sqrt {3} "cos"ϕ rSub { size 8{Y} } η rSub { size 8{Y} } } } approx 2} {} (3-36)

Và:ĉ (3-37)

Như vậy, khi đổi nốiĠ , mômen tải cho phép của động cơ được giữ không đổi, còn công suất cho phép thì tăng 2 lần. Điều đó có nghĩa là phương pháp đổi nối này phù hợp với những máy có mômen tải không đổi (Mc = const).

Từ (3-37) và (3-29) ta tìm được quan hệ của hệ số quá tải ?:

λλY≈Mth/Mc.cpMthY/Mc.cpY=2 size 12{ { {λ rSub { size 8{" "} } } over {λ rSub { size 8{Y} } } } approx { {M rSub { size 8{ ital "th"" "} } /M rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } } over {M rSub { size 8{ ital "thY"} } /M rSub { size 8{c "." ital "cpY"} } } } =2} {} (3-38)

Nghĩa là khi đổi nốiĠ , khả năng quá tải của động cơ tăng lên 2 lần.

+ Ưu điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi số đôi cực là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, các đặc tính cơ đều cứng và khả năng điều chỉnh triệt để (điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tưởng).

Nhờ các đặc tính cơ cứng, nên độ chính xác duy trì tốc độ cao và tổn thất trượt khi điều chỉnh thực tế không đáng kể.

+ Nhược điểm lớn của phương pháp này là có độ tinh kém, giải điều chỉnh không rộng và kích thước động cơ lớn.

Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng cách thay đổi tần số (f1):

Nguyên lý chung:

Để cải thiện các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống truyền động điện điều chỉnh, người ta thường thực hiện các phương pháp điều chỉnh tự động, tạo ra khả năng biến đổi thông số điều chỉnh (thông số đầu vào Xđch) một cách liên tục theo mức độ thay đổi của thông số được điều chỉnh ở đầu ra (đại lượng X). Muốn vậy, ta phải thiết lập hệ điều chỉnh vòng kín, lấy tín hiệu phản hồi từ đầu ra trực tiếp tỉ lệ với đại lượng X hoặc gián tiếp qua các đại lượng liên quan đến X, cho tác động lên thông số đầu vào, làm cho thông số này thay đổi tự động theo chiều hướng đưa đại lượng X đạt đến giá trị đặt trước.

Cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tự động vòng kín như trên hình 3-14. Các tín hiệu điều khiển ở đầu vào thường là điện áp: Uđ - tín hiệu đặt, tỷ lệ với giá trị đặt của thông số được điều chỉnh: tốc độ ?đ (Uđ ? ?đ); Uph - tín hiệu phản hồi, tỷ lệ với giá trị thực của thông số được điều chỉnh ? (Uph ? ?); ?U = Uđk - tín hiệu sai lệch, phản ánh mức độ sai lệch giữa giá trị thực của thông số ra ? với giá trị mong muốn đã đặt trước ?đ.

Uđk chính là tín hiệu dùng để điều khiển phần tử điều chỉnh ĐCh sao cho thông số của nó tự động thay đổi, và tác động vào động cơ để đủ làm cho giá trị ? tiến đến ?đ, đó chính là tự động ổn định tốc độ.

ổn định tốc độ trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có ý nghĩa rất lớn trong việc cải thiện các chỉ tiêu chất lượng của hệ TĐĐTĐ. Thường tăng độ cứng đặc tính cơ để ổn định tốc độ bằng cách dùng hệ thống điều khiển vòng kín.

Các đặc tính cơ hệ hở có ( = (k()2/R không đổi trong phạm vi điều chỉnh. Đối với đặc tính cơ thấp nhất có s.đ.đ. Eb0, nếu Mc = Mđm thì tốc độ làm việc sẽ là ( = (’min và sai số tĩnh thường sẽ lớn hơn giá trị cho phép:

S=M®mβ.w0min>Scp size 12{"S=" { {M rSub { size 8{"®m"} } } over {β "." w rSub { size 8{"0min"} } } } >S rSub { size 8{ ital "cp"} } } {} (3-51)

Để S ( Scp thì cần tìm biện pháp tăng tốc độ đến ( = (min. Điểm làm việc [(min, Mđm] đã nằm trên đặc tính khác của hệ có (0 = (01 và Eb1 = k((01 > Eb0. Nối điểm ((0min, 0) với điểm ((min, Mđm) và kéo dài ra ta được đặc tính mong muốn có độ cứng (m và:

w=w0min−Mβm size 12{w=w rSub { size 8{0"min"} } - { {M} over {β rSub { size 8{m} } } } } {} (3-52)

Giá trị (m được xác định theo công thức:

Trang 119

S=M®mbm.w0min≤ Scp size 12{"S=" { {M rSub { size 8{"®m"} } } over {b rSub { size 8{m} } "." w rSub { size 8{"0min"} } } } <= " S" rSub { size 8{"cp"} } } {} (3-53)

Giao điểm của đặc tính cơ mong muốn với các đặc tính hệ hở cho biết các giá trị cần thiết của Eb khi thay đổi mômen tải. Đặc tính này được dựng ở gốc dưới bên trái của hình 3-14.

Điều chỉnh tự động tốc độ theo dòng điện tải:

Qua hình 3-15, để nâng độ cứng lên (m ta có thể điều chỉnh Eb theo dòng điện tải. Tại giao điểm của đặc tính cơ hệ hở và hệ kín (mong muốn) thì tốc độ và mômen có giá trị như nhau nên:

Ebkf®m−Mβ =w0−Mβm⇒Eb=Eb0+kd'I size 12{ { {E rSub { size 8{b} } } over {kf rSub { size 8{"®m"} } } } - { {M} over {β} } " ="w rSub { size 8{0} } - { {M} over {β rSub { size 8{m} } } } drarrow E rSub { size 8{b} } "=E" rSub { size 8{"b0"} } "+k" rSub { size 8{d} } rSup { size 8{'} } I} {} (3-54)

Trong đó: ĉ; (3-55)

Nguyên lý điều chỉnh (3-54) có thể được thực hiện bằng mạch phản hồi dương dòng điện phần ứng như trên hình 3-16a.

Theo sơ đồ 3-16, ta có:

Eb = kb(Uđ + RdI) (2-56)

w=kbU®kf®m -R+(1-kb)Rdkf®mI size 12{w= { {k rSub { size 8{b} } U rSub { size 8{®} } } over {kf rSub { size 8{"®m"} } } } " -" { {"R+" ( "1-k" rSub { size 8{b} } ) R rSub { size 8{d} } } over {kf rSub { size 8{"®m"} } } } I} {} (2-57)

Trong đó: Uđ - điện áp đặt tốc độ,

Ui = RdI - điện áp phản hồi dòng điện,

Rd - điện trở sun trong mạch phần ứng.

So sánh (3-56) với (3-54) ta có:

Eb0 = kb.Uđ ; K’d = kb.Rd (2-58)

Nếu chọn: kb.Rd = (R + Rd) thì (m = (, ta được đặc tính cơ cứng tuyệt đối. Nếu kb.Rd > (R + Rd) thì đặc tính cơ mong muốn sẽ có độ cứng dương, và động cơ làm việc sẽ không ổn định. Trong trường hợp biết trước (, (m cần phải tính Rd, kb cho phù hợp, (hình 2-16b).

Điều chỉnh tự động tốc độ theo điện áp phần ứng:

Qua hình 3-16, để nâng độ cứng lên (m ta có thể điều chỉnh Eb bằng cách dùng mạch phản hồi âm điện áp phần ứng. Dựa vào phương trình đặc tính tải của bộ biến đổi:

Eb = U + RbI, vì Rb = R - Rư nên:

I=1(kf®m)2(1β−1βtn)(Eb−U) size 12{I= { {1} over { ( kf rSub { size 8{"®m"} } ) rSup { size 8{2} } ( { {1} over {β} } - { {1} over {β rSub { size 8{ ital "tn"} } } } ) } } ( E rSub { size 8{b} } -U ) } {} (3-59)

Trong đó: (tn = (k(đm)2/Rư là độ cứng đặc tính cơ tự nhiên.

Thay (3-59) vào (3-54) và đặt:

b=(1β−1βm)(1β−1βtn) Eb0'= Eb011−b ; ka©=b1−b ;alignl { stack { size 12{"b=" ( { {1} over {β} } - { {1} over {β rSub { size 8{m} } } } ) ( { {1} over {β} } - { {1} over {β rSub { size 8{"tn"} } } } ) } {} # " E" rSub { size 8{b0} } rSup { size 8{'} } "= "E rSub { size 8{b0} } { {1} over {1-b} } " ; k" rSub { size 8{a} } rSup { size 8{©} } = { {b} over {1-b} } " ;" {} } } {} (3-60)

Ta có biểu thức tính s.đ.đ. Eb theo điện áp phần ứng:

E_b = E^’_b0 - k^’_aU (3-61)

Nguyên lý điều chỉnh (3-61) có thể được thực hiện bằng mạch phản hồi âm điện áp phần ứng như trên hình 3-17a:

Bỏ qua dòng điện trong các điện trở r1, r2 và đặt ka = r2/(r2+r1):

Eb = kb(Uđ - kaU) (3-62)

w=kbU®(1+kbka).kf®m−R-kbka1+kbkaRb(kf®m)2M size 12{w= { {k rSub { size 8{b} } U rSub { size 8{®} } } over { ( "1+k" rSub { size 8{b} } k rSub { size 8{a} } ) "." kf rSub { size 8{"®m"} } } } - { {"R-" { {k rSub { size 8{b} } k rSub { size 8{a} } } over {"1+k" rSub { size 8{b} } k rSub { size 8{a} } } } R rSub { size 8{b} } } over { ( kf rSub { size 8{"®m"} } ) rSup { size 8{2} } } } M} {} (3-63)

Nếu mạch có kbka >> 1 thì (3-63) sẽ có dạng:

w=U®ka.kf®m−R­(kf®m)2Mw=w0(U®,ka)−Mβtnalignl { stack { size 12{w= { {U rSub { size 8{®} } } over {k rSub { size 8{a} } "." kf rSub { size 8{"®m"} } } } - { {R rSub { size 8{­} } } over { ( kf rSub { size 8{"®m"} } ) rSup { size 8{2} } } } M} {} # w=w rSub { size 8{0} } ( U rSub { size 8{®} } ,k rSub { size 8{a} } ) - { {M} over {β rSub { size 8{ ital "tn"} } } } {} } } {} (3-64)

Khi thay đổi hệ số phản hồi điện áp ka (bằng con trượt trên chiết áp r1, r2) thì cả tốc độ không tải lỷ tưởng lẫn độ cứng đặc tính cơ đều thay đổi theo. Trường hợp hệ có hệ số khuếch đại rất lớn thì độ cứng mong muốn có thể đạt giá trị tối đa bằng (tn, (hình 3-17b).

Điều chỉnh tự động dùng phản hồi âm tốc độ động cơ:

Qua hình 3-16, để nâng độ cứng lên (m ta có thể điều chỉnh Eb bằng cách dùng mạch phản hồi âm tốc độ động cơ.

Dựa vào phương trình đặc tính điện cơ Bộ biến đổi - Động cơ một chiều ta rút ra được dòng điện phần ứng và thay vào (3-54) ta có:

Eb=11-kdR(Eb0−kd.kf®mRw)Eb=βmβEb0−(βmβ−1).kf®mwEb=Eb0'-kt'.walignl { stack { size 12{E rSub { size 8{b} } = { {1} over {"1-k" rSub { size 8{d} } R} } ( E rSub { size 8{"b0"} } - { {k rSub { size 8{d} } "." kf rSub { size 8{"®m"} } } over {R} } w ) } {} # E rSub { size 8{b} } = { {β rSub { size 8{m} } } over {β} } E rSub { size 8{"b0"} } - ( { {β rSub { size 8{m} } } over {β} } -1 ) "." kf rSub { size 8{"®m"} } w {} # E rSub { size 8{b} } "=E" rSub { size 8{"b0"} } rSup { size 8{"'"} } "-k" rSub { size 8{t} } rSup { size 8{'} } "." w {} } } {} (3-65)

Trong đó: E’’b0 = (m.Eb0/( , k’t = ((m/(-1).k(đm .

Luật điều chỉnh (3-65) được thực hiện bằng phản hồi âm tốc độ (hình 3-18a), trong đó tín hiệu tốc độ được lấy trên máy phát tốc FT là máy phát có điện áp ra tỷ lệ với tốc độ động cơ: U( = kt.ω.

w=kbU®−R.M/kf®m(1+kbkt/kf®m).kf®mβm=(kf®m)2(1+kbkt/kf®m)Ralignl { stack { size 12{w= { {k rSub { size 8{b} } U rSub { size 8{®} } -R "." M/kf rSub { size 8{"®m"} } } over { ( "1+k" rSub { size 8{b} } k rSub { size 8{t} } "/k"f rSub { size 8{"®m"} } ) "." kf rSub { size 8{"®m"} } } } } {} # β rSub { size 8{m} } = { { ( kf rSub { size 8{"®m"} } ) rSup { size 8{2} } ( "1+k" rSub { size 8{b} } k rSub { size 8{t} } "/k"f rSub { size 8{"®m"} } ) } over {R} } {} } } {} (3-66)

Từ (3-66) có thể tính được hệ số khuếch đại yêu cấu của hệ sao cho đặc tính cơ thấp nhất trong phạm vi điều chỉnh đạt độ cứng mong muốn. Khi kb.kt ( ( thì đặc tính cơ là tuyệt đối cứng.

Trong trường hợp không dùng máy phát tốc thì có thể dùng cầu tốc độ để lấy tín hiệu phản hồi tốc độ (trong đó phần ứng động cơ là một nhánh cầu).

Phản hồi âm dòng điện có ngắt:

Quá trình làm việc của hệ TĐĐTĐ thường có yêu cầu về ổn định tốc độ trong vùng biến thiên cho phép của mômen và dòng điện phần ứng, khi dòng điện và mômen vượt quá phạm vi này thì cần phải hạn chế dòng điện và mômen tránh cho động cơ bị quá tải lớn, gây ra sự cố và hư hỏng động cơ.

Muốn giảm dòng điện hoặc mômen ngắn mạch ta phải giảm độ cững đặc tính cơ. Tuy nhiên, để đẩm bảoyêu cầu ổn định tốc độ trong phạm vi biến thiên cho phép của tải, ta chỉ giảm độ cứng khi dòng điện hoặc mômen vượt quá một ngưỡng nào đó. Ngưỡng này được gọi là “điểm ngắt ”. Tương ứng với nó ta có “dòng ngắt ” Ing, “mômen ngắt” Mng và “tốc độ ngắt ” (ng. Thông thường I*ng ( (1,5(2).

Vậy, đặc tính cơ của hệ gồm hai đoạn: đoạn làm việc từ điểm không tải lý tưởng đến điểm ngắt (đoạn AB) và đoạn ngắt từ điểm ngắt đến điểm dừng (đoạn BC) (xem hình 3-19a).

Vì đặc tính này rất đặc trưng cho công nghệ của máy xúc nên người ta gọi nó là “đặc tính máy xúc ”.

Muốn tạo ra đoạn đặc tính dốc có độ cứng mong muốn là (ng bắt buộc phải thay đổi thông số điều chỉnh xđch sao cho tốc độ động cơ giảm nhanh khi tải tăng lên trên giới hạn cho phép.

Như vậy khi tải tăng thì hệ phải giảm Eb của bộ biến đổi.

Eb=Eb0−1βng−1β.(kf®m)2.(I-Ing)⇒ Eb=Eb0−k'ng.d.(I−Ing)alignl { stack { size 12{E rSub { size 8{b} } =E rSub { size 8{b0} } - left ( { {1} over {β rSub { size 8{ ital "ng"} } } } - { {1} over {β} } right ) "." ( kf rSub { size 8{"®m"} } ) rSup { size 8{2} } "." ( "I-I" rSub { size 8{"ng"} } ) } {} # drarrow " E" rSub { size 8{b} } =E rSub { size 8{b0} } -k rSup { size 8{'} rSub { size 8{ ital "ng" "." d} } } "." ( I-I rSub { size 8{ ital "ng"} } ) {} } } {} (3-67)

Để thực hiện quy luật điều chỉnh này, ta dùng một khâu phản hồi âm dòng điện có ngắt tác động trên mức ngưỡng Ing, sơ đồ nguyên lý như hình 3-19b. Điện áp so sánh: Us = Ing.Rđo, vậy:

Eb = kb[Uđặt - Iư.Rđo + Us] = kb.Uđặt - kb.Rđo.(Iư - Ing); (3-68)

So sánh với (3-67) ta thấy:

Eb0 = kb.Uđặt ; k’ng.d = kb.Rđo = kb.kng.d;

Đoạn BC:

( = CđkbUđặt - Cđ(kbkng.d + R)(I - Ing); (3-69)