Điều chỉnh các thông số đầu ra của hệ thống truyền động điện

Các định nghĩa:

Hệ thống truyền động điện không chỉ làm nhiệm vụ biến đổi điện năng thành cơ năng, mà còn điều khiển quá trình làm việc của cơ cấu công tác theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất. Yêu cầu công nghệ có thể được đảm bảo nếu hệ có khả năng đặt trước các thông số gia công cho tứng công đoạn, duy trì các thông số đó với một độ chính xác nào đó (như tốc độ, mômen, gia tốc, ví trí của cơ cấu công tác …), cưỡng bức thay đổi các giá trị đó theo ý muốn, hạn chế giá trị của chúng theo mức cho phép của quá trình công nghệ hoặc theo khả năng về độ bền, độ quá tải của máy.

Các thông số gia công nói trên có liên quan đến mômen M và tốc độ ? của động cơ điện, có các mối quan hệ được định nghĩa:

Mục đích điều chỉnh các thông số đầu ra của động cơ:

Tùy theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất, việc điều chỉnh M, ? nhằm thực hiện các mục đích sau:

+ Đặt giá trị làm việc và duy trì mức đạt đó, ví dụ duy trì tốc độ làm việc khi phụ tải thay đổi ngẫu nhiên.

+ Thay đổi thông số theo quy luật yêu cầu, ví dụ trong thời gian khởi động và tăng tốc động cơ thang máy từ 0 lên đến tốc độ ổn định, mômen lúc đầu phải tăng tuyến tuyến tính theo thời gian, sau đó giữ không đổi, và cuối cùng giảm tuyến tính cho đến khi M = Mc.

+ Hạn chế thông số ở một mức độ cho phép, ví dụ hạn chế dòng điện khởi động Ikđ ? Icp.

+ Tạo ra một quy luật chuyển động cho cơ cấu công tác (tức cho trục động cơ) theo quy luật cho trước ở đầu vào với một độ chính xác nào đó.

Điều chỉnh không tự động và điều chỉnh tự động:

Chỉ tiêu chất lượng động (chế độ quá độ):

* Độ quá điều chỉnh (max ((max ( 40% hoặc có thể nhỏ hơn).

* Thời gian quá độ Tqđ (Tqđ càng nhỏ càng tốt).

* số lần dao động n ( n = 2(3 là tốt).

Chỉ tiêu chất lượng tĩnh (chế độ xác lập):

Chỉ tiêu kinh tế:

Nhiều trường hợp, chỉ tiêu kinh tế là chỉ tiêu quyết định sự lựa chọn phương án truyền động. Hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ cần đạt có vốn đầu tư thấp, giá thành hạ, chi phí vận hành, bảo quản, sửa chữa ít, đặc biệt là tổn thất năng lượng khi điều chỉnh và vận hành nhỏ. Năng suất của máy sản xuất do hệ điều chỉnh mang lại.

Tổn thất năng lượng bao gồm tổn thất nhiệt và tổn thất cơ:

ΔW=ΔWj+ΔWc.t =∫ω1ω2JΣ.(ω0−ω)dω+∫t1t2Mc.(ω0−ω)dtalignl { stack { size 12{Δ"W="ΔW rSub { size 8{j} } +ΔW rSub { size 8{c "." t} } } {} # " =" Int cSub { size 8{ω rSub { size 6{1} } } } cSup {ω rSub { size 6{2} } } {J rSub { size 8{Σ} } "." ( ω rSub { size 8{0} } - ω ) dω} size 12{+ Int cSub {t rSub { size 6{1} } } cSup {t rSub { size 6{2} } } {M rSub {c} size 12{ "." ( ω rSub {0} } size 12{ - ω ) ital "dt"}} } {} } } {} (3-9)

Việc tính toán cụ thể các chỉ tiêu liên quan nêu trên sẽ cho thấy hiệu quả kinh tế, thời gian hoàn vốn và lợi ích nhờ việc sử dụng hệ điều chỉnh đã chọn. Thường người ta căn cứ các chỉ tiêu kỹ thuật để đề xuất vài phương án điều chỉnh, sau đó tính toán kinh tế để so sánh hiệu quả và quyết định chọn hệ thống hoặc phương pháp điều chỉnh thông số đầu ra của động cơ.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:

Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:

ω=U­Kφ−R­+R­f(Kφ)2M size 12{ω= { {U rSub { size 8{­} } } over {Kφ} } - { {R rSub { size 8{­} } "+R" rSub { size 8{"­f"} } } over { ( Kφ ) rSup { size 8{2} } } } M } {} (3-10)

Ta thấy rằng khi thay đổi Rưf thì (0 = const còn (( thay đổi, vì vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh có cùng (0 và dốc dần khi Rưf càng lớn, với tải như nhau thì tốc độ càng thấp (hình 3-3):

Như vậy: 0 < Rưf1 < Rưf2 < ... thì (đm > (1 > (2 > ... , nhưng nếu ta tăng Rưf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ( Mc và như thế động cơ sẽ không quay được và động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch, ( = 0. Từ lúc này, ta có thay đổi Rưf thì tốc độ vẫn bằng không, nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa, do đó phương pháp điều chỉnh này là phương pháp điều chỉnh không triệt để.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ:

Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:

w=U­Kf−R­S(Kf)2M⇒w=w0−Dwalignl { stack { size 12{w= { {U rSub { size 8{­} } } over {Kf} } - { {R rSub { size 8{­S} } } over { ( Kf ) rSup { size 8{2} } } } M } {} # drarrow w=w rSub { size 8{0} } -Dw {} } } {} (3-11)

Ta thấy rằng khi thay đổi ( thì (0 và (( đều thay đổi, vì vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh dốc dần (độ cứng ( càng giảm) và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi ( càng nhỏ, với tải như nhau thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông ( (hình 3-4):

Như vậy: (đm > (1 > (2 > ... thì (đm < (1 < (2 <... , nhưng nếu giảm ( quá nhỏ thì có thể làm cho tốc độ động cơ lớn quá giới hạn cho phép, hoặc làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi do dòng phần ứng tăng cao, hoặc để đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho mômen cho phép trên trục động cơ giảm nhanh, dẫn đến động cơ bị quá tải.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:

Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:

w=U­Kf−R­(Kf)2M⇒w=w0−Dwalignl { stack { size 12{w= { {U rSub { size 8{­} } } over {Kf} } - { {R rSub { size 8{­} } } over { ( Kf ) rSup { size 8{2} } } } M } {} # drarrow w=w rSub { size 8{0} } -Dw {} } } {} (3-12)

Ta thấy rằng khi thay đổi Uư thì (0 thay đổi còn (( = const, vì vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau. Nhưng muốn thay đổi Uư thì phải có bộ nguồn một chiều thay đổi được điện áp ra, thường dùng các bộ biến đổi (hình 3-5):

Các bộ biến đổi có thể là: Bộ biến đổi máy điện: dùng máy phát điện một chiều (F), máy điện khuếch đại (MĐKĐ); Bộ biến đổi từ: khuếch đại từ (KĐT) một pha, ba pha; Bộ biến đổi điện tử - bán dẫn: các bộ chỉnh lưu (CL) dùng tiristor, các bộ băm điện áp (BĐA) dùng tiristor, transistor, …

* Ví dụ 3-1:

Cho ĐMđl có các thông số:

Pđm = 29KW; Uđm = 220V; Iđm = 151A; nđm = 1000vg/ph;

Rư = 0,07?; và hệ số quá tảI Kqt = 2.

Hảy xác định tốc độ cực tiểu và dải điều chỉnh theo khả năng quá tải yêu cầu ?

* Giải:

Điện trở định mức của động cơ:

Rđm = Uđm / Iđm = 220V / 151A = 1,45?

Giá trị tương đương của điện trở phần ứng:

Rư* = Rư / Rđm = 0,07? /1,45? = 0,048

Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên: ?tn* = 1/Rư* = 20,8

Độ cứng đặc tính cơ thấp nhất: ?min* = Kqt = 2

Giá trị tương đối của tốc độ cực đại (tức tốc độ định mức của động cơ) sẽ là:

ĉ= 1 - Rư*

= 1 - 0,048 = 0,0952

Tốc độ không tải lý tưởng:

n 0 = n đm n đm = 1000 vg / ph 0, 0952 = 1050 vg / ph size 12{n rSub { size 8{0} } = { {n rSub { size 8{ ital "đm"} } } over {n rSub { size 8{ ital "đm"} } rSup { size 8{*} } } } = { {"1000" ital "vg"/ ital "ph"} over {0,"0952"} } ="1050" ital "vg"/ ital "ph"} {}

Giá trị tương đối của tốc độ cực tiểu:

n min = ω min = 1 − 1 β min = 1 − 1 2 = 0,5 size 12{n rSub { size 8{"min"} } rSup { size 8{*} } =ω rSub { size 8{"min"} } rSup { size 8{*} } =1 - { {1} over {β rSub { size 8{"min"} } rSup { size 8{*} } } } =1 - { {1} over {2} } =0,5} {}

Vậy tốc độ quay cực tiểu của động cơ là:

n min = n min . n 0 = 0,5 . 1050 vg / ph = 525 vg / ph size 12{n rSub { size 8{"min"} } =n rSub { size 8{"min"} } rSup { size 8{*} } "." n rSub { size 8{0} } =0,5 "." "1050" ital "vg"/ ital "ph"="525" ital "vg"/ ital "ph"} {}

Từ giá trị của tốc độ cực đại và tốc độ cực tiểu, ta rút ra phạm vi điều chỉnh tốc độ:

D = n max n min = 1000 525 = 1,9 size 12{D= { {n rSub { size 8{"max"} } } over {n rSub { size 8{"min"} } } } = { {"1000"} over {"525"} } =1,9} {}

Từ biểu thức (3-7) thay ?*min = Kqt = 2; ?*tn = 20,8; ta cũng được kết quả D = 1,9.

Qua ví dụ trên ta thấy phạm vi điều chỉnh như vậy là rất hep.

Tuy nhiên, nếu xét theo yêu cầu về sai số tốc độ cho phép thì dảI điều chỉnh còn hẹp hơn nữa hoặc thậm chí còn không thể điều chỉnh được tốc độ. Thực vậy, ta biết:

s% = ??c* = R*ư?

?min = ?0 - ?c.cp ; và ?*min = 1 - s% = 1 - R*ư?

Nếu s%cp = 10% thì D = 1,05 ? 1, nghĩa là hầu như không thể điều chỉnh được.