Đề tài Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ DC

Cùng với sự tiến bộ của văn minh nhân loại, chúng ta đã chứng kiến thấy sự phát triển rầm rộ kể cả về quy mô lẫn trình độ của nền sản xuất hiện đại. Trong sự phát triển đó ta cũng có thể chỉ ra rằng điện năng và máy tiêu thụ điện năng đóng vai trò không thể thiếu được nếu không muốn nói là chủ chốt. Nó đi trước làm tiền đề và cũng là mũi nhọn quyết định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp. Không một quốc gia nào, một nền sản xuất công nghiệp nào không sử dụng điện và máy điện. Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải.,cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành . mà máy điện xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện vẫn giữ một vị trí quan trọng trong các ngành sản xuất công nghiệp nặng như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung là các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng, có công xuất lớn (như trong máy cán thép, đầu máy điện, máy công cụ lớn.). Mặc dù so với động cơ xoay chiều để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn . nhưng do ưu điểm của nó mà động cơ điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại . Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân động cơ điện xoay không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp được thì cũng phải tốn chi phí cho các thiết bị đi kèm (như bộ biến tần .) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển còn đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao .

docx36 trang | Chia sẻ: lvbuiluyen | Ngày: 24/10/2013 | Lượt xem: 1774 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ DC, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế đất nước, ngày càng có nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực sản xuất, phục vụ đời sống con người. Đặc biệt trong lĩnh vực điều chỉnh tự động sử dụng van bán dẫn. Trong các lĩnh vực điều chỉnh tự động nói chung cũng như trong lĩnh vực giao thông nói riêng việc đòi hỏi cần có các bộ điều chỉnh nhằm tiết kiệm năng lượng ngày càng được đòi hỏi và thay thế . Bên cạnh đó trong lĩnh vực giao thông việc sử dụng các động cơ xăng, diezen ngày càng có xu hướng giảm vì các nhược điểm như: Tiêu hao nhiều năng lượng, ô nhiễm môi trường ... Đồng thời với các thành tựu của khoa học kỹ thuật thì việc chế tạo các động cơ điện ngày càng được hoàn thiện . Song song với sự phát triển đó là sự đòi hỏi phải có bộ điều khiển các loại động cơ đó với chất lượng tốt nhất, thoả mãn các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật nhằm sử dụng và thay thế các động cơ cũ. Bộ băm xung áp một chiều sử dụng van bán dẫn trong tương lai đáp ứng được nhu cầu cần thiết về bộ điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Do đó là một đề tài hay nên trong sau khi học xong môn Điện tử công suất và truyền động điện, chúng em đã được Th.s Lê Thị Minh Tâm– giảng viên khoa Điện – Điện tử trường ĐHSPKT Hưng Yên, giao cho chúng em đề tài “Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ DC’’ Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1. Đặt vấn đề Cùng với sự tiến bộ của văn minh nhân loại, chúng ta đã chứng kiến thấy sự phát triển rầm rộ kể cả về quy mô lẫn trình độ của nền sản xuất hiện đại. Trong sự phát triển đó ta cũng có thể chỉ ra rằng điện năng và máy tiêu thụ điện năng đóng vai trò không thể thiếu được nếu không muốn nói là chủ chốt. Nó đi trước làm tiền đề và cũng là mũi nhọn quyết định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp. Không một quốc gia nào, một nền sản xuất công nghiệp nào không sử dụng điện và máy điện. Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải...,cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành ... mà máy điện xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện vẫn giữ một vị trí quan trọng trong các ngành sản xuất công nghiệp nặng như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung là các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng, có công xuất lớn (như trong máy cán thép, đầu máy điện, máy công cụ lớn....). Mặc dù so với động cơ xoay chiều để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn ... nhưng do ưu điểm của nó mà động cơ điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại . Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân động cơ điện xoay không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp được thì cũng phải tốn chi phí cho các thiết bị đi kèm (như bộ biến tần ...) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển còn đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao . Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75%÷85%, Ở động cơ công suất trung bình và lớn là khoảng 85%÷94%. Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100MW, điện áp vào khoảng vài trăn đến 1000V. Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình trong phạm vi đề tài này em không đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Phương pháp được chọn ở đây là bộ băm xung, có thể đây chưa là phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất nhưng nó được sử dụng rộng rãi bởi những tính năng và đặc điểm mà ta sẽ phân tích và đề cập sau này. 1.2. Các phương pháp điều khiển động cơ một chiều 1.2.1. Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại theo cách kích từ của động cơ. Theo đó ta có các loại động cơ điện : Kích từ độc lập: Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và phần kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên: I=Iư Kích từ song song: Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi, mạch kích từ được mắc song song với mạch điện phần ứng nên: I= Iư + Ikt Kích từ nối tiếp: Cuộn kích từ được mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng, cuộn kích từ có tiết diện lớn hơn, điện trở nhỏ hơn, số vòng ít chế tạo dễ dàng, ta có: I=Iư = Ikt Kích từ hỗn hợp: ta có I = Iư +Ikt Với mỗi loại động cơ trên tương ứng có các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật, điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố, ở đề tài này ta chỉ xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu hiệu để điều khiển loại động cơ này. 1.2.2. Động cơ điện kích từ độc lập * Phương trình đặc tính cơ: là phương trình biểu thị mối quan hệ giữ tốc độ (ω) và mômen (M) của động cơ có dạng chung: ω=UưKΦ-Rư+Rf(KΦ)2M Thông qua phương trình này, ta có thể thấy được sự phụ thuộc của tốc độ động cơ vào mômen động cơ và các thông số khác ( từ thông, điện trở phụ...), từ đó đưa ra phương án tối ưu để điều chỉnh tốc độ động cơ. Với những điều kiện Uư = const, Ikt= const thì từ thông của động cơ gần như không đổi, vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của cộng cơ là thẳng. Thường dạng của đường đặc tính cơ mà là đường thẳng thì giao điểm với trục hoành ứng với điểm mômen ngắn mạch, còn giao điểm với trục tung ứng với điểm tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. ω ωo M Mnm Mđm ωđm 0 Người ta đưa ra đại lượng β=∆M∆ω để đánh giá độ cứng của đường đặc tính cơ. Đặc tính càng dốc càng cứng (β càng lớn) tức mômen biến đổi nhiều nhưng tốc độ biến đổi ít và ngược lại. Đặc tính càng ít dốc càng mềm tức là mômen biến đổi ít nhưng tốc độ thay đổi nhiều. ω ωo I Inm Iđm ωđm 0 Để hiểu được nguyên lý và lựa chọn phương pháp điều chỉnh tối ưu, trước hết ta đi xét đặc tính cơ cua động cơ điện. Đó là mối quan hệ giữa tốc độ quay với mômen (hoặc dòng điện ) của động cơ. Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, nếu động vận hành ở chế độ định mức (điện áp, dòng điện, từ thông định mức, và không nối thêm các điện trở, điẹn kháng vào động cơ ). Trên đường đặc tính cơ tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có giá trị (Mđm;ωđm) hoặc (Iđm;ωđm). Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các tham số nguồn hoặc nối thêm các điện trở, điện kháng. Để so sánh các đặc tính cơ với nhau người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β=∆M∆ω (tốc độ biến thiên mômen so với vận tốc ). Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Sơ đồ kích từ độc lập: Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập. Dựa vào sơ đồ trên có thể viết được cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: Uư = Eư + ( Rư + Rf )Iư Trong đó: Uư: điện áp phần ứng (V) Eư: sức điện động phần ứng (V) Rư: điện trở phần ứng (Ω) Rf: điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω) Iư: dòng điện phần ứng (A) Với Rư = rư + rct + ri + rcf ; rư : điện trở cuộn dây phần ứng rct : điện trở tiếp xúc của chổi than ri : điện trở cuộn bù rcf : điện trở cuộn cực từ phụ Sức điện động Eư được xác định bằng biểu thức: Eư = PN2πaΦω = KΦω Trong đó: P: số đôi cực từ chính N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng Φ: từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb) ω: tốc độ góc (rad/s) K = PN2πa : hệ số cấu tạo của động cơ Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (v/p) thì : Eư = KeΦn ; và ω = 2πn/60 = n9,55 Vì vậy : Eư = PN60aΦn Ke=K9,55=0,105K Suy ra: ω=UưKΦ-Rư +RfKΦIư (*) Biểu thức (*) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện. Mặt khác mômen điện từ của động cơ được xác định bởi : Mđt=KΦIư Suy ra: Iư=MđtKΦ Thay vào (*) ta được: ω=UưKΦ-Rư+Rf(KΦ)2Mđt Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất về thép thì mômen trên trục động cơ (M) bằng mômen điện từ : Mđt=Mcơ=M. Ta có: ω=UưKΦ-Rư+Rf(KΦ)2M (**) Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đường đặc tính cơ có dạng: ω ωo M Mnm Mđm ωđm 0 ω ωo I Inm Iđm ωđm 0 Từ các đồ thị trên ta có nhận xét: Khi Iư=0 hoặc M=0 thì: ω=UưKΦ=ω0 : Tốc độ không tải lý tưởng Còn khi ω=0 ta có: Iư=UưRư+Rf=Inm : Dòng điện ngắn mạch Và: M=KΦInm=Mnm : Mômen ngắn mạch Mặt khác từ phương trình đặc tính cơ (*)và (**) ta cũng có thể viết được: ω=UưKΦ-RIKΦ=ω0-∆ω ; ω=UưKΦ-RM(KΦ)2=ω0-∆ω Trong đó: R=Rư+Rf ; ω0=UưKΦ ; ∆ω=RKΦIư=R(KΦ)2M :Gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M. Từ đó có thể thấy tốc độ động cơ điện một chiều phụ thuộc vào các đại lượng là Uư , R, I. Như vậy thông qua các đại lượng này thay đổi ta có thể điều chỉnh tốc độ của động cơđiện một chiều. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ nào đó của các máy sản xuất. Điều chỉnh tốc độ là dùng phương pháp thuần túy điện tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của động cơ điện. Tốc độ làm việc của động cơ điện thường bị thay đổi do sự biến thiên của tải, của nguồn hay chế độ làm việc mở máy hay hãm máy... và do đó gây ra sai số với tốc độ kỹ thuật như mong muốn. Trong các hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản các chỉ tiêu này cũng được tính đến khi thiết kế hoặc điều chỉnh động cơ điện .Thực tế có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: + Điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ. + Điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông phần ứng hay thay đổi điện áp phần ứng cấp cho mạch kích từ. + Điều chỉnh bằng thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng Chỉ áp dụng được với động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập.loại này cần có thiết bị nguồn như: máy phát điện một chiều cho bộ kích từ,các bộ chỉnh lưu điều khiển có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk . Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập Ta có phương trình : Eb – Eu = Iu(Rb+Rud) ω=EbKΦđm-Rb+RudKΦđmIư ω=ω0(Uđk)-M|β| Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của hệ thống. Đồ thị là tuyến tính, do đó phương pháp này là triệt để xác định dải điều chỉnh tốc độ: Phương pháp này có từ thông không đổi nên đặc tính cơ có độ cứng không đổi. Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp này điều khiển là triệt để. Dải điều chỉnh tốc độ của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp định mức và từ thông định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều khiển bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động. Khi mômen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là: ωmax= ω0max- Mđm|β| ωmin= ω0min- Mđm|β| Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là: Mnmmin= Mcmax= KM.Mđm Trong đó KM là hệ số quá tải về mômen.Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết: ωmin= Mnmmin-Mđm1|β|= Mđm|β|KM-1 D = ω0max- Mđm|β|KM-1Mđm|β|= ω0max|β|Mđm-1KM-1 Với ω0max, Mđm, KM xác định ở mỗi máy, vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng β. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ điện một chiều bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng 2 lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ được: ω0max|β| Mđm≤ 10 Do đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ không vượt quá 10 khi tải có đặc tính mômen không đổi. Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ Điều chỉnh từ thông động cơ điện một chiều kích từ độc lập chính là điều khiển mômen điện từ của động cơ M= KФIư và sức điện động quay của động cơ Eư= KФW . Do mạch kích từ của động cơ điện một chiều là phi tuyến vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là phi tuyến . Từ sơ đồ trên ta được : ik= ekrb+rk+ωkdФdt Với rk – Điện trở dây quấn kích thích (phần ứng), rb – Điện trở của nguồn điện áp kích thích, ωk – Số vòng dây cuộn kích từ. Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng bằng Uđm do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính cơ có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ bản(đôi khi là đặc tính cơ tự nhiên). Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là mômen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh. Kể cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích: PΦ= KФ2RƯ Thay đổi điện trở phụ Rf Từ phương trình đặc tính cơ (*) ω=UưKΦ-Rư +RfKΦIư Thực tế loại này ngày nay người ta không dùng (chỉ đề cập qua). Vì phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ định mức, và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất động cơ điện. Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng ở động cơ điện có công suất nhỏ và thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục. Kết luận Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông có nhiều hạn chế so với phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng. Phương pháp thay đổi từ thông bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí: đó chính là điều kiện chuyển mạch của cổ góp điện. Cụ thể phương pháp thay đổi điện áp phần ứng có các ưu điểm hơn như sau: Hiệu suất điều chỉnh cao (phương trình điều khiển là tuyến tính, triệt để ), có công suất tổn hao nhỏ. Việc thay đổi điện áp phần ứng cụ thể là làm giảm U dẫn đến mômen ngắn mạch giảm, dòng ngắn mạch giảm. Điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động động cơ. Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với mỗi mômen điều chỉnh xác định là như nhau nên dải điều chỉnh đều, trơn, liên tục. Tuy vậy phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh caovaf phải có nguồn áp điều chỉnh được, xong nó không đáng kể so với những ưu điểm của nó. Vậy nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi. 1.3. Các vấn đề khác khi điều khiển động cơ điện một chiều. 1.3.1. Các góc phần tư làm việc. Trạng thái hãm và trạng thái động cơ được phân bố trên đặc tính cơ ở các góc phần tư tương ứng với chiều mômen và tốc độ như hình vẽ. I, III: trạng thái động cơ (ω cùng chiều với mômen M ) II, IV: trạng thái hãm (ω ngược chiều với mômen M) II: h·m I: ®éng c¬ IV: h·m III: ®éng c¬ Pc=Mdω<0 Pc=Mdω>0 Pc=Mdω>0 Pc=Mdω<0 ω M Mc Mc Mc 0 Mc 4 Theo đó : Công suất cơ Pcơ = Mđ.ω Công suất điện của động cơ Pđ = Pcơ+∆P (∆P: tổn hao công suất) 1.3.2. Các chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. a. Khởi động Xuất phát từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ω=UưKΦ-Rư +RfKΦIư (*) Với đặc tính tự nhiên (Rf = 0) khi khởi động ta thấy dòng điện khởi động ban đầu là: Inm=UđmRư Ở động cơ công suất trung bình và lớn có, Rư thường có giá trị khá nhỏ nên dòng điện khởi động ban đầu (dòng ngắn mạch) tương đối lớn: Inm =(2÷2,5)Iđm. Với giá trị dòng khởi động lớn sẽ không cho phép về mặt chuyển mạch và phát nóng của động cơ cũng như sụt áp trên lưới điện. Tác hại này còn nghiêm trọng hơn đối với những hệ thống cần khởi động hãm máy nhiều lần trong quá trình làm việc. Để hạn chế dòng điện khởi động ta có thể giảm áp nguồn đặt vào phần ứng động cơ điện hoặc nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. Trong đề tài này chúng em được yêu cầu thực hiện biện pháp giảm điện áp nguồn đặt vào phần ứng động cơ. Dễ dàng nhận thấy biện pháp này là phù hợp hơn vì khi khống chế dòng ngắn mạch ở chế độ khởi động còn hạn chế được cả điện áp khởi động (do điều khiển là làm giảm áp). b. Chế độ hãm Hãm là trạng thái mà mômen động cơ sinh ra quay ngược chiều tốc độ quay. Động cơ điện một chiều có ba trạng thái hãm: Hãm tái sinh, hãm ngược, hãm động năng. Động cơ làm việc ở chế độ máy phát. Hãm tái sinh Xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng. Khi đó Uư <Eư động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới.So với chế độ động cơ, dòng điện và mômen hãm đã đổi chiều và được xác định theo biểu thức: Ih= Uư-Eư R =KФω0- KФωR <0 Mh= KФIh<0 Trị số hãm sẽ lớn dần lên cho đến khi cân bằng với mômen phụ tải thì hệ thống làm việc ổn định với tốc độ ωođ < ω0. Vì sơ đồ đấu dây của động cơ không đổi nên phương trình đặc tính cơ của động cơ tương tự như mômen có giá trị âm. Đường đặc tính cơ nằm trong góc phần tư thứ 2 và thứ 4. Hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều công suất được đưa trả về lưới điện có giá trị P = (E-U)I. Đây là là phương pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh năng lượng hữu ích. Hãm ngược Xảy ra khi phần ứng động cơ dưới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do thế năng quay ngược chiều với mômen điện từ của động cơ, mômen của động cơ khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất. Hãm ngược khi đưa điện trở phụ vào mạch điện phần ứng(tăng tải): Đặc tính hãm ngược sức điện động tác dụng cùng chiều với điện áp lưới. Động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện biến điện năng nhận từ lưới và cơ năng trên trục thành nhiệt đốt nóng tổng trở mạch phần ứng, vì vậy tổn thất năng lượng lớn. Hãm ngược bằng đảo chiều điện áp phần ứng: Dòng điện Ih ngược chiều với chiều làm việc của động cơ và có giá trị có thể là khá lớn. Do đó điện trở đưa vào phải phải có giá trị đủ lớn để hạn chế dòng diện hãm ban đầu Ihđ trong phạm vi cho phép: Ihđ ≤ (2÷ 2,5)Iđm , và phương trình đặc tính cơ có dạng: Ih=-UưKФ-Rư+Rf(KФ)2 Hãm động năng Là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mang năng lượng cơ học của động cơ được tích luỹ trong quá trình làm việctruowcs đó biến thành điện năng tiêu tán dưới dạng nhiệt. Hãm động năng kích từ độc lập: Khi ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm, còn mạch kích từ vẫn giữ nguyên. Tại thời điểm ban đầu tốc độ động cơ có giá trị ωhđ nên: Ehđ=KФωhđ ; Và dòng điện hãm: Ihđ=-EưRư+Rh=-KФωhđRư+Rh Mômen hãm đầu: Mh=KФIhđ<0 Chứng tỏ Ihđ và Mhđ ngược chiều với tốc độ ban đầu . Khi hãm động năng Uư = 0 nên ta có phương trình đặc tính : ω=-Rư+RfKФIư=-Rư+Rh(KФ)2M Năng lượng chủ yếu tạo ra do động năng của động cơ tích luỹ được nên công suất tiêu tốn chỉ nằm trong mạch kích từ. Hãm động năng tự kích: Hãm động năng kích từ độc lập có nhược điểm là nếu mất điện thì không thực hiện hãm được do cuộn dây kích từ vẫn phải nối với nguồn. Để khắc phục nhược điểm này người ta thường sử dụng phương pháp hãm động năng tự kích từ. Hãm động năng tự kích từ xảy ra khi động cơ đang quay, ta cắt cả phần ứng và cuộn kích từ ra khỏi lưới điện để đóng vào một điện trở hãm. Khi đó: Iư=Ih+Ikt Iư=-ERư+RktRhRkt+Rh=-KФωRư+RktRhRkt+Rh Và phương trình đặc tính cơ: ω=-Rư+RktRhRkt+RhKФIư=-Rư+RktRhRkt+Rh(KФ)2M Trong quá trình hãm tốc độ động cơ giảm dần, dòng kích từ giảm dần và do đó từ thông Ф giảm dần và là hàm số của tốc độ. Vì vậy đặc tính cơ như có dạng như đường đặc tính