Chơng11 Động cơ điện một chiều 11.1 Đại cơng Động cơ điện 1 chiều đợc sử dụng nhiều trong giao thông v những nơi cần điều chỉnh tốc độ liên tục trong dãi rộng. Phân loại động cơ 1 chiều cũng nh máy phát: kích thích độc lập, song song, nối tiếp v hổn hợp 11.2 Mở máy động cơ điện 1 chiều. Yêu cầu: - Mômen mở máy cng lớn cng tốt để dể dng thích ứng với tải - Dòng điện mở máy cng bé cng tốt Các phơng pháp mở máy. 1. Mở máy trực tiếp Theo phơng pháp ny khi cần mở máy ta chỉ việc đóng thẳng động cơ vo lới. Đặc điểm của phơng pháp: Tại t = 0, khi đó n = 0 nên E = C e n = 0, dòng điện mở máy lúc đó l: uu mm R U R EU I = = vì R rất bé, thờng R * = 0,2 - 0,1 nên I mm = (5-10)I đm Hình 7.1 Mở máy nhờ biến trở Phơng pháp ny chỉ đợc áp dụng cho các động cơ có công suất bé, vì với các động cơ ny R tơng đối lớn 2. Mở máy nhờ biến trở. Sơ đồ mở máy nh hình 7.1. Do có biến trở mắc nối tiếp vo mạch phần ứng nên dòng điện mở máy đợc tính. fufu mm RR U RR EU I + = + = . Điện trở R f đợc chọn sao cho I mm = (1,4-1,7)I đm đối với động cơ lớn v I mm = (2,0-2,5)I đm với động cơ bé. Theo sơ đồ hình 7.1 quá trình mở máy đợc tiến hnh nh sau: Khi t < 0, con trợt của R đc để ở vị trí b để t có giá trị cực đại, chuyển mạch CM đặt ở vị trí số 1, ton bộ điện trở phụ đợc nối nối tiếp với dq phần ứng Hình 7.2 Quá trình mở máy nhờ biến trở mắc vo mạch phần Khi t = 0, động cơ đợc đóng vo lới điện, có dòng điện I v t phần ứng sẽ xuất hiện mômen M = C M t I nếu M > M C động cơ sẽ quay, tốc độ động cơ tăng từ 0 đến 1 giá trị no đó, s.đ.đ tăng theo n, (E = C e t n). Khi E tăng lên thì fu u RR EU I + = giảm xuống, Máy điện 2 52 dẫn tới M giảm xuống, gia tốc giảm xuống. I v M giảm theo quy luật hm mũ, phụ thuộc vo hằng số thời gian R -L của dây quấn phần ứng. Tại thời điểm t = t 1 khi I = (1,1 - 1,3)I đm quay chuyển mạch sang vị trí 2, cắt bớt một phần R f ra khỏi mạch phần ứng, dòng điện I lại tăng lên, M tăng lên v n lại tiếp tục tăng. I v M tăng gần nh tức thời vì R rất bé. Quá trình cứ tiếp tục nh vậy cho đến khi ton bộ R f đợc cắt ra khỏi mạch phần ứng v tốc độ động cơ đạt đến giá trị định mức, hình 7.2. 3. Mở máy bằng cách giảm điện áp. Phơng pháp mở máy ny gần giống nh mở máy nhờ biến trở nhng cần phải có một bộ nguồn có thể điều chỉnh đợc điện áp. 11.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều l quan hệ n = f(M), đây l đặc tính quan trọng nhất của động cơ. Từ biểu thức s.đ.đ v phơng trình điện áp của động cơ 1 chiều ta có: e u e C IRU C E n == 7.1 vì M = C M I nên 2 eM u e CC MR C U n = 7.2 Xét sự lm việc ổn định của động cơ theo sự phối hợp đặc tính cơ của động cơ v đặc tính cơ của tải, hình 7.3a,b Trờng hợp hình 7.3a, vì một lý do no đấy tốc độ của động cơ tăng lên n = n lv + n thì M C > M v động cơ sẽ bị hãm lại để trở về n lv ban đầu ứng với điểm P. Cũng vậy nếu tốc độ của động cơ giảm xuống thì M C < M v động cơ sẽ đợc gia tốc để trở về điểm P. Sự phối hợp đặc tính cơ của động cơ v của tải nh hình 7.3b thì ngợc lại. Nếu tốc độ của động cơ tăng lên thì M C < M v động cơ tiếp tục đợc gia tốc v tăng mãi. Nếu tốc độ của động cơ giảm thì nó tiếp tục giảm về n = 0. Hình 7.3 (a) chế độ lm việc ổn định, (b) chế độ lm việc không Vậy điều kiện để hệ lm việc: ổn định l dn dM dn dM C 7.4 v không ổn định dn dM dn dM C > 7.5 Máy điện 2 53 1. Đặc tính cơ động cơ điện 1 chiều kích thích song song hoặc độc lập. Nếu U = U đm = C te v I t = C te , thì khi M thay đổi, vẫn không đổi, ảnh hởng lm giảm do phản ứng phần ứng ngang trục rất bé không đáng kể nên ta có phơng trình đặc tính cơ: Hình 7.4 Đặc tính cơ động cơ K .MR nn u 0 = 7.6 Đặc tính n = f(M) l đờng thẳng, hình 7.4. Vì R rất bé nên từ không tải đến định mức, n = (2-8)% , hai loại động cơ trên có đặc tính cơ rất cứng, phù hợp cho các máy cắt gọt kim loại. a) Điều chỉnh n bằng cách thay đổi . Từ phơng trình đặc tính cơ 2 eM u e CC MR C U n = Khi tăng R đc ta chỉ có thể giảm đợc từ thông , khi đó ta đợc một họ đờng đặc tính cơ có độ dốc khác nhau ứng với: đm > ' > '' > ''' v n đm < n 1 < n 2 < n 3 Hình 7.5 Điều chỉnh Hình 7.6 Điều chỉnh n Nh vậy theo phơng pháp ny ta có thể điều chỉnh n > n đm hình 7.5 n bằng bằng cách b) Điều chỉnh n bằng cách thay đổi R f . Khi đa thêm R f vo mạch phần ứng, đặc tính cơ l: K ).MR(R nn fu 0 + = 7.7 Theo phơng pháp ny n 0 = C te , khi tăng R f độ dốc của đặc tính cơ tăng lên, tức l tốc độ thay đổi nhiều hơn khi tải thay đổi, hình 7.6. c) Điều chỉnh n bằng cách thay đổi U. Vì chỉ có thể thay đổi đợc U < U đm , nên khi giảm U ta sẽ đợc một họ đặc tính cùng độ dốc (độ cứng), hình 7.7 Hình 7.7 Điều chỉnh tốc độ bằng cách tha y đổi U đm > U 1 > U 2 v n đm > n 1 > n 2 Phơng pháp ny chỉ có thể điều chỉnh đợc n < n đm v chỉ áp dụng cho các động cơ kích từ độc lập. Máy điện 2 54 2. Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp Loại động cơ ny có I t = I = I v = K I, trong đó K = C te khi I < 0,8I đ,m , còn khi I > 0,8I đm thì K giảm xuống một ít do ảnh hởng bảo hòa của mạch từ. Từ K CICM 2 MuM == 7.8 suy ra M C MK = thay vo biểu thức 2 eM u e CC MR C U n = ta có: KC R MKC .UC n e u e M = 7.9 Hình 7.9 Các sơ đồ đ/c tốc độ đ.c.đ.1.c kích từ bỏ qua R thì M U ~n hay 2 2 n C M = 7.10 Vậy đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp sẽ có dạng đờng hypecpon, hình 7.8 (đờng 1) Từ đờng đặc tính cơ ta thấy ở động cơ kích từ nối tiếp khi M tăng n giảm rất nhiều. Đặc biệt khi không tải (I = 0, M = 0), tốc độ có trị số rất lớn. Điều ny rất nguy hại vì nó có thể lm gãy trục, vì vậy với loại động cơ ny không đợc để mất tải (truyền động đai). Chỉ cho phép lm việc với công suất tối thiểu P 2 = (0,2-0,25)P đm Hình 7.8 Đặc tính cơ đ.c.đ.1.c với Khi xét đến bo hòa, đờng M = f(n) l đờng đứt nét. a) Điều chỉnh n bằng cách thay đổi từ thông . Với động cơ kích từ nối tiếp việc thay đổi từ thông đợc thực hiện bằng cách: mắc sun dây quấn kích thích, hình 7.9a; điều chỉnh số vòng dây kích thích, hình 7.9b; mặc sun vo phần ứng, hình 7.9c. Hai sơ đồ 7.9a v 7.9b đều có cùng một kết quả, đờng 2 hình 7.8. Lúc đầu I t = I, sau khi mắc sun hoặc điều chỉnh W t thì I t = K.I t Khi mắc sun 1 RR R K stt st < + = Khi thay đổi W t , 1 W W K t t < = Nh vậy hai phơng pháp ny cho từ thông giảm nên n tăng, (n > n đm ) Máy điện 2 55 Biện pháp thứ 3 mắc sun vo mạch phần ứng, lúc ny điện trở ton mạch giảm xuống I tăng lên v I t = I tăng lên, tăng dẫn tới n < n đm , đờng 3 hình 7.8. b) Điều chỉnh n bằng cách thêm R đc vo mạch phần ứng hình 7.8d Lúc ny điện trở tổng của ton mạch tăng lên nên I t = I đều giảm xuống, đ/c n < n đm , đờng 4 v 5, hình 7.8. c) Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp. Vì chỉ có thể đ/c U < U đm nên n < n đm , đờng 6, hình 7.8. 3. Đặc tính cơ đ.c kích thích hổn hợp. Động cơ kích từ hổn hợp thờng cuộn kích thích nối tiếp đợc nối thuận (bù kích thích) do đó đặc tính cơ có dạng trung gian giữa kích thích song song v kích thích nối tiếp, hình 7.10. Đờng 1 kích thích hỗn hợp bù thuận; đờng 2 kích thích hỗn hợp ngợc; đờng 3 kích thích song song v đờng 4 kích thích nối tiếp. 11.4 Các đặc tính lm việc của động cơ điện một chiều. Các đặc tính lm việc của động cơ điện một chiều l quan hệ: n, M, = f(I ) khi U = U đm = C te . Đặc tính n = f(I ) giống nh đặc tính cơ n = f(M) vì M ~ I Đờng 1 ứng với động cơ kích thích song song, đờng 2, 3 với động cơ kích thích hổn hợp khi dq nối tiếp nối thuận v nối ngợc; đờng 4 với động cơ kích từ nối tiếp, hình 7.11 Đặc tính M = f(I ) khi U = U đm = C te . Đây chính l quan hệ M = C M I Với động cơ kích thích song song = C te nên đờng M = f(I ) l đờng thẳng (đờng I). Động cơ kích từ nối tiếp ~ I nên M ~ I 2 đặc tính mômen l đờng parabol (đờng IV). Động cơ kích từ hổn hợp có đặc tính mômen trung gian giữa kích thích song song v nối tiếp (đờng II v III). Hình 7.10 Đặc tính cơ đ.c.đ.1.c kích thích hỗn hợp so với các loại đ.c Đặc tính hiệu suất = f(I ) khi U = U đm = C te nh hình 7.12. Hiệu suất cực đại thờng đợc thiết kế ứng với I = 0,75I đm Thờng = 0,75 - 0,85 với động cơ công suất bé v = 0,85 - 0,94 với động cơ công suất trung bình v lớn. Máy điện 2 56 H×nh 7.12 HiÖu suÊt H×nh 7.11 C¸c ®Æc tÝnh l/viÖc cña M¸y ®iÖn 2 57 . đợc điện áp. 11.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều l quan hệ n = f(M), đây l đặc tính quan trọng nhất của động. Chơng11 Động cơ điện một chiều 11.1 Đại cơng Động cơ điện 1 chiều đợc sử dụng nhiều trong giao thông v những nơi