Đặc tính cơ điện là gì

Chương 2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1 Khái niệm chung 2.2 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ độc lập [song song] 2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ 2.5 Các đặc tính công tác của động cơ đồng bộ

Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Điện điện tử - Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

1Chương 2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1 Khái niệm chung 2.2 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ độc lập [song song] 2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ 2.5 Các đặc tính công tác của động cơ đồng bộ 2.1 Khái niệm chung • Khi đặt 2 ĐTC của động cơ M[ω] và của máy sản xuất Mc[ω] lên cùng một tọa độ ta có thể xác định được trạng thái hoạt động của động cơ hoặc của hệ: + Trạng thái xác lập. + Trạng thái quá độ. + Trạng thái động cơ. + Trạng thái hãm6 22.1 Khái niệm chung • Đơn vị tương đối: - Đại lượng cơ bản thường được chọn: Uđm, Iđm, ωđm hoặc ω0, Mđm, φđm, Rcb,... - Đại lượng tương đối dùng ký hiệu "*", ví dụ: * dm U U U = * dm I I I = * dm M M M = * dm ω ω = ω * 0 ω ω = ω * cb R R R = Câu hỏi • Mỗi máy sản xuất có bao nhiêu ĐTC tải, có thể thay đổi được không? • Mỗi động cơ có bao nhiêu ĐTC tự nhiên, bao nhiêu ĐTC nhân tạo? • Khi động cơ kéo tải, số điểm làm việc ổn định là bao nhiêu? • Vậy làm thế nào có thể điều khiển/thay đổi trạng thái của hệ trong mặt phẳng [M,ω]? 32.2 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ độc lập [kích từ song song] 2.2.1 Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ song song 2.2 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ độc lập [kích từ song song] 2.2.1 Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ song song 4 2.2.2 Phương trình đặc tính cơ [ĐTC] a] Xây dựng phương trình ĐTC - Phương trình cân bằng điện áp phần ứng và mạch kích từ: Laplace− − − −t − −t − − −t − − di u e R .i L . U E R [1 T .p].I dt = + + → = + + Laplacekt kt kt kt kt kt kt kt kt di u R .i L . U R [1 T .p].I dt = + → = + trong đó: Rưt = Rư+Rfư; Lưt=Lư+Lfư; Tư = Lưt/Rưt; Tkt = Lkt/Rkt a] Xây dựng phương trình ĐTC - Theo lý thuyết máy điện: Eư = kφ.ω và M = kφ.Iư φ = c.Ikt trong đó - Phương trình chuyển động: pN k 2 .a = π Laplace c t c t d M M J . M M J .p. dt ω − = → − = ω 5b] Cấu trúc của động cơ b] Cấu trúc của động cơ Khi mạch từ đã xác lập kφ=const: 6c] Phương trình ĐTC − − −t − U 1 T .p R .I k k + ω = − φ φ [ ] − − −t 2 U 1 T .p R .M k k + ω = − φ φ phương trình đặc tính cơ-điện có xét quá độ phương trình ĐTC có xét quá độ - Trạng thái xác lập t = ∞ hay p = 0: − − f− − U R R I k k + ω = − φ φ [ ] − − f − 2 U R R .M k k + ω = − φ φ Phương trình “đặc tính cơ điện” biểu thị quan hệ ω = f[Iu] Phương trình“đặc tính cơ” biểu thị quan hệ ω = f[M] c] Phương trình ĐTC 7d] Đường đặc tính cơ và đường đặc tính cơ điện φ ≈ const ⇒ ω = f[Iu] và ω = f[M] tuyến tính Iu d] Đường đặc tính cơ và đường đặc tính cơ điện - Khi Iư = 0, M = 0: − 0 U k ω = = ω φ “tốc độ không tải lý tưởng” - Khi ω = 0: −u nm − f− U I I R R = = + “dòng điện ngắn mạch” Iu 8d] Đường đặc tính cơ và đường đặc tính cơ điện và: − nm nm − f− U M .k I .k M R R = φ = φ = + “momen ngắn mạch” hay "momen khởi động" - Độ cứng đặc tính cơ: [ ]2 − f − kdM d R R φ β = = − ω + hay [ ]2 − f− kdM d R R φ β = = ω + e] Các dạng khác của phương trình ĐTC - Dạng 1: ∆ωω0 A M ω trong đó: − f− − R R .I k + ∆ω = φ :“độ sụt tốc độ” - Dạng 2: M. 1 0 β −ω=ω ω = ω0 - ∆ω - Dạng 3: [ ] 2 − − f− − f− kU M k . . R R R R φ = φ − ω + + βω−= nmMMhay 9e] Các dạng khác của phương trình ĐTC - Dạng 4 [ở đơn vị tương đối]: * * * * *− − f − −* * U R R .I + ω = − φ φ [ ] * * * * *− − f − * 2 * U R R .M + ω = − φ φ trong đó: ω* = ω/ω0; Uư* = Uư/Uđm; φ* = φ/φđm = kφ/kφđm; Iư* = Iư/Iđm; M* = M/Mđm; Rư* = Rư/Rđm; Rfư* = Rfư/Rđm; dm dm dm I U R = Ứng với M = Mc [xác lập] sẽ có tốc độ xác lập ωxl: Iư = Ic = Mc/kφ : “dòng điện tải” 2.2.3 Đặc tính tự nhiên [Rfư = 0, Uư = Uđm; φ = φđm] - Phương trình ĐTC tự nhiên: [ ] dm − 2 dm dm U R M k k ω = − φ φ - Phương trình đặc tính cơ-điện tự nhiên: dm − − dm dm U R I k k ω = − φ φ - Tốc độ không tải và độ cứng ĐTC tự nhiên: dm 0.tn dm U k ω = φ [ ]2dm tn − k R φ β = * tn * − 1 R β = 10 2.2.3 Đặc tính tự nhiên • Ở đơn vị tương đối: φ = φđm ⇒φ* =1 ⇒M* =I*. ⇒ phương trình ĐTC tự nhiên ở đơn vị tương đối: ω* = 1 - Rư*.I* = 1 - Rư*.M* - Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog • Từ nhãn máy hoặc catalog ta thường biết các số liệu sau: Pđm [kW], nđm [vòng/phút], Uđm [V], Iđm [A], ηđm, Ru [Ω],... • Cần xác định 2 trong 3 điểm: 1. điểm không tải [0, ω0]. 2. điểm định mức [Mđm, ωđm] hoặc [Iđm, ωđm]. 3. điểm ngắn mạch [Mnm,0] hoặc [Inm, 0]. 11 - Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog - Điểm định mức: −ω =1 ®m®m n [vg/ph] [s ] 9,55 = ω ®m ®m -1 dm P [W] M [Nm] [s ] = η ®m ®m ®m ®m P [W] I [A] .U [V] ⇒ [Mđm,ωđm] hay [Iđm,ωđm] - Điểm không tải: − φ = ω ®m − ®m ®m ®m U R I k ≈ − η Ω®m− ®m ®m U R 0,5.[1 ] , I dm dm 0 k U φ =ω ⇒ [0,ω0] - Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog - Điểm ngắn mạch: = ®mnm − U I R = φ ®mnm ®m − U M k . R 1 2 3 I M ω ω0 0 Inm Mnm ωđm Iđm Mđm Bài tập: Xây dựng và vẽ ĐTC ở đơn vị tuyệt đối và tương đối của động cơ một chiều KTĐL có các số liệu catalog: Pđm=10kW, Uđm=220, ηđm=0,87, nđm = 2250vg/ph. Đáp án 12 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo Từ phương trình [2-6]: [ ] − − f− 2 U R R .M k k + ω = − φ φ ⇒ Rfư, Uư, φ có thể thay đổi. a] Đặc tính nhân tạo “biến trở”: [Uư = Uđm, φ = φđm] - Phương trình: [ ] ®m − f− 2 ®m ®m U R R .M k k + ω = − φ φ ®m − f− − ®m ®m U R R .I k k + ω = − φ φ - Tốc độ không tải: ®m 0 0.tn ®m U const k ω = ω = = φ 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo - Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic: [ ] − f− − f− c c c f −2 ®m®m R R R R .M .I ~ R kk + + ∆ω = = φφ [ ] [ ] − f − c c c c.tn c.Rf2 2 ®m ®m R R .M .M k k ∆ω = + = ∆ω + ∆ω φ φ Mc TN, Rfư=0 NT, Rfu ∆ωc.tn ∆ωc.Rf ω0 ∆ωc 13 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo - Độ cứng ĐTC: [ ]2®m nt − f− f− k 1 ~ R R R φ β = + - Dòng điện ngắn mạch: ®m nm − f− f − U 1 I ~ R R R = + - Momen ngắn mạch: nm ®m nm f− 1 M k .I ~ R = φ ⇒ Tăng Rfư . 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo b] Đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phần ứng Uư: [Rfư = 0, φ = φđm] - Phương trình: [ ] − − 2 ®m ®m U R M k k ω = − φ φ − − − ®m ®m U R .I k k ω = − φ φ - Tốc độ không tải: −0 − ®m U ~ U k ω = φ - Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic: [ ] − − c c c c.tn2 ®m®m R R .M .I const kk ∆ω = = = ∆ω = φφ 14 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo - Độ cứng ĐTC: [ ] 2 ®m tn − k const R φ β = = β = - Dòng điện ngắn mạch: − nm − − U I ~ U R = - Momen ngắn mạch: nm ®m nm −M k .I ~ U= φ ⇒ Khi giảm Uư < Uđm 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo c] Đặc tính nhân tạo khi thay đổi từ thông φ: [Rfư = 0, Uư = Uđm ] - Phương trình: ®m − − U R .I k k ω = − φ φ [ ] ®m − 2 U R M k k ω = − φ φ - Tốc độ không tải: ®m0 U 1 ~ k ω = φ φ - Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic: [ ] − c c2 2 R 1 .M ~ k ∆ω = φφ - Độ cứng ĐTC: [ ]2 2 − k ~ R φ β = φ 15 2.2.4 Các đặc tính nhân tạo - Dòng điện ngắn mạch: ®m nm nm.tn − U I I const R = = = - Momen ngắn mạch: φφ= ~I.kM nmnm ⇒ Khi giảm φ < φđm φ2 < φ1 < φđm φ2 < φ1 < φđm Câu hỏi 1. Trong 3 đường ĐTC nhân tạo, ĐTC NT nào có độ sụt tốc độ ∆ωc nhỏ nhất và bằng bao nhiêu? 2. Trong 3 đường ĐTC nhân tạo, ĐTC NT nào có độ cứng ĐTC β lớn nhất và bằng bao nhiêu? 3. Dựa vào các ĐTC cơ nhân tạo, hãy đưa ra các phương pháp khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập. 4. Dựa vào các ĐTC cơ nhân tạo, hãy đưa ra các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập. 5. So sánh các ĐTC nhân tạo? 16 Bài tập 2-2 Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét về dạng đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ song song. Số liệu cho trước: Động cơ loại làm việc dài hạn, cấp điện áp 220V, công suất định mức 6,6kW; tốc độ định mức 2200 vòng/phút; dòng điện định mức 35A; điện trở mạch phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26Ω. Đáp án Bài tập 2-3 Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét về dạng đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ song song. Số liệu cho trước: Động cơ loại làm việc dài hạn, cấp điện áp 220V, công suất định mức 4,4kW; tốc độ định mức 1500 vòng/phút; hiệu suất định mức 0,85. 17 2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập II I III IV Chế độ động cơ M>0, ω>0, I>0, U>0, U>E P = M.ω>0 Pđ = U.I >0 Chế độ máy phát M0, I0, U ω = φφ , M ∞ nên động cơ một chiều kích từ nối tiếp không có hãm tái sinh. a] Trạng thái hãm ngược: xảy ra khi tốc độ quay của động cơ ngược chiều với tốc độ không tải lí tưởng [ω0 = +/- ∞]. + Đưa thêm điện trở phụ Rf đủ lớn vào mạch động cơ khi tải thế năng. Trên đoạn đặc tính cd, có M >0 và ω