1. CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐiỆN Phạm Khánh Tùng Bộ môn Kỹ thuật điện – khoa Sư phạm kỹ thuật http://hnue.edu.vn/directory/tungpk tungpk@hnue.edu.vn
  2. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÁI NIỆM CHUNG + Trong phân tích các hệ truyền động, thường biết trước đặc tính cơ Mc(ω) của máy sản xuất. + Đạt được trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu tốc độ, mômen, dòng điện động cơ ... cần phải tạo ra những đặc tính cơ nhân tạo của động cơ tương ứng. + Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mức và được sử dụng như loạt số liệu cho trước. + Những đặc tính cơ nhân tạo có được do biến đổi thông số của nguồn, của mạch điện động cơ, hoặc do thay đổi cách nối dây của mạch, hoặc do dùng thêm thiết bị biến đổi. tungpk@hnue.edu.vn
  3. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN + Bất kỳ thông số nào có ảnh hưởng đến hình dáng và vị trí của đặc tính cơ, đều được coi là thông số điều khiển động cơ, và tương ứng là một phương pháp tạo đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh. + Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M). tungpk@hnue.edu.vn
  4. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 2.1.1. Sơ đồ nối dây + Nguồn cấp cho phần ứng và kích từ độc lập nhau. + Khi nguồn có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì có thể mắc kích từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ song song. tungpk@hnue.edu.vn
  5. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1.2. Các thông số cơ bản Thông số định mức: nđm(vòng/phút); ωđm(Rad/s); Mđm(N.m hay KG.m); Fđm(Wb); fđm(Hz); Pđm(KW); Uđm(V); Iđm(A); ... Các thông số tính theo các hệ đơn vị tương đối ω* = ω / ωđm ; M* = M / Mđm ; I* = I / Iđm; Φ* = Φ / Φđm; R* = R / Rđm; Rcb = Rđm = Uđm / Iđm; ω%; M%; I%; tungpk@hnue.edu.vn
  6. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1.3. Phương trình đặc tính cơ-điện và đặc tính cơ Phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng U  E  (R  R f )I Trong đó: U – điện áp phần ứng động cơ (V) E – sức điện động phần ứng động cơ (V) R – điện trở mạch phần ứng Rf – điện trở phụ mạch phần ứng I – dòng điện phần ứng tungpk@hnue.edu.vn
  7. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Sức điện động phần ứng tính theo các đơn vị tốc độ: p.N Tốc độ ω (rad/s) E .  K.. 2.a Tốc độ n (vòng/phút) E  Ke ..n p.N Hệ số kết cấu của động cơ: K 2.a 2.n n Qui đổi tốc độ của động cơ:   60 9,55 Hệ số kết cấu của động cơ K (tính theo tốc độ vòng/phút): Ke   0,105.K 9,55 tungpk@hnue.edu.vn
  8. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Điện trở mạch phần ứng: R = rư + rctf + rctb + rtx Trong đó: rư – điện trở cuộn dây phần ứng của động cơ rctf – điện trở cuộn dây cực từ phụ của động cơ rctb – điện trở cuộn dây cực từ bù của động cơ rtx – điện trở tiếp xúc giữa chổi than với cổ góp của động cơ tungpk@hnue.edu.vn
  9. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Từ phương trình điên áp và hệ số kết cấu U R  Rf động cơ → phương trình đặc tính cơ-điện   I K. K. Mômen điện từ của động cơ: Mđt  K..I Bỏ qua tổn thất ma sát trong ổ trục, tổn M đt M thất cơ, tổn thất thép: Mcơ ≈ Mđt ≈ M I  K. K. Phương trình đặc tính cơ: U R  Rf U R   M  M K. (K.) 2 K. (K.) 2 tungpk@hnue.edu.vn
  10. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Phương trình đặc tính cơ có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng khác:   0   U Tốc độ không tải lý tưởng 0  K. R Độ sụt tốc độ   M (K.) 2 tungpk@hnue.edu.vn
  11. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Từ các phương trình đặc tính cơ-điện và phương trình đặc tính cơ, với giả thiết phần ứng được bù đủ và f = const có thể vẽ được các đặc tính cơ-điện và đặc tính cơ là những đường thẳng tungpk@hnue.edu.vn
  12. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Đặc tính cơ tự nhiên (TN): đặc tính cơ có các tham số định mức và không có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ Uđm R đm   M K.đm (K.đm ) 2 Đặc tính cơ nhân tạo (NT): đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ U Khi ω = 0 → I  I nm R  Rf U M K.  InmK.  M nm R  Rf tungpk@hnue.edu.vn
  13. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Độ cứng đặc tính cơ dM (K.) 2   d R  Rf Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên: (K.đm )2 1 tn   *tn  * R R Giá trị điện trở phần ứng có thể xác định gần đúng theo giả thiết coi tổn thất trên điện trở phần ứng do dòng điện định mức gây ra bằng một nửa tổn thất trong động cơ: 1 Uđm R  (1  đm ) 2 Iđm tungpk@hnue.edu.vn
  14. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ví dụ: Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các số liệu sau: Động cơ làm việc dài hạn, công suất định mức là 6,6KW; điện áp định mức: 220V; tốc độ định mức: 2200vòng/phút; điện trở mạch phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26Ω; điện trở phụ đưa vào mạch phần ứng: 0,78Ω. Giải: a. Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên Đường đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 trong số 3 điểm: Điểm định mức [Mđm; ωđm] ; Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0]; Điểm ngắn mạch [Mnm; ω = 0] tungpk@hnue.edu.vn
  15. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN n đm 2200 Tốc độ góc định mức: đm    230,3(rad / s) 9,55 9,55 Pđm 6,6 Mômen (cơ) định mức: M đm  1000  1000  28,6( N.m) đm 230,3 Như vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm là điểm định mức: [28,6 ; 230,3] Từ phương trình đặc tính cơ tự nhiên ta tính được: Uđm  IđmR 220  35.0,26 K.đm    0,91( Wb) đm 230,3 tungpk@hnue.edu.vn
  16. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Uđm 220 Tốc độ không tải lý tưởng: 0    241,7(rad / s) K.đm 0,91 Ta có điểm thứ hai của đặc tính [0; 241,7] và như vậy ta có thể dựng được đường đặc tính cơ tự nhiên (đường 1) tungpk@hnue.edu.vn
  17. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ta có thể tính thêm điểm thứ ba là điểm ngắn mạch Uđm 220 M nm  K.đmInm  K.đm  0,91  770( N.m) R 0,26 Độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên có thể xác định theo biểu thức tổng quát hoặc xác định theo số liệu lấy trên đường đặc tính M 0  Mđm 28,6 tn     2,5( Nm.s)  0  đm 241,7  230,3 tungpk@hnue.edu.vn
  18. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN b. Xây dựng đường đặc tính cơ nhân tạo khi điện trở phụ Rf = 0,78Ω Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ không tải lý tưởng không thay đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo qua các điểm không tải lý tưởng [0; ω0] và điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [Mđm; ωnt] Tốc độ góc nhân tạo (với mô men định mức) Uđm  Iđm (R  R f ) đm  K.đm 220  35.(0,26  0,78) đm   183,3(rad / s) 0,91 tungpk@hnue.edu.vn
  19. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Tọa độ điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [28,6; 183,3] Vậy ta có thể dựng được đường đặc tính cơ nhân tạo có điện trở phụ trong mạch phần ứng (đường 2) tungpk@hnue.edu.vn
  20. CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1.4. Đặc tính cơ khi khởi động và tính điện trở khởi động a. Khởi động và xây dựng đặc tính cơ khi khởi động + Khởi động trực tiếp: Dòng khởi động rất lớn có thể đốt nóng động cơ, gây khó khăn cho sự chuyển mạch, hoặc sinh ra lực điện động lớn làm phá huỷ quá trình cơ học của máy. Ikđbđ = Uđm / R ≈ (10 – 20)Iđm + Điều kiện khởi động an toàn cho máy, thường chọn dòng khởi động: Ikđbđ = Inm = Icp = 2,5Iđm tungpk@hnue.edu.vn