Tốc độ truyền động điện

Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp

Tốc độ truyền động điện. Ngày nay, đại đa số các máy sản xuất từ nhỏ đến lớn, từ đơn lẻ đến cả một dây chuyền sản xuất đều sử dụng truyền động điện. Để đảm bảo những yêu cầu của các công nghệ phức tạp khác nhau, nâng cao mức độ tự động cũng như năng suất, các hệ truyền động điện thường phải điều chỉnh tốc độ, tức là cần phải điều chỉnh được tốc độ máy theo yêu cầu công nghệ.

Có thể điều chỉnh tốc độ máy bằng phương pháp cơ khí hoặc bằng phương pháp điện qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện. Ở đây, ta chỉ xem xét việc điều chỉnh tốc độ theo phuongq pháp điện.

Điều chỉnh tốc độ một động cơ điện khác với việc tự thay đổi tốc độ của đông cơ đó.

Danh mục

Ví dụ: Một động cơ điện một chiều kích từ độc lập đang làm việc tại điểm làm việc A trên đặc tính cơ 1 ứng với moomen cản M(A). Đặc tính cơ 1 ứng với điện áp đặt vào động cơ là U1. Vì một lý do nao đó, moomen cản tăng lên(MT>MA) làm động cơ bị giảm tốc độ. điểm làm việc sẽ dịch chuyển theo đoạn AT về phía tốc độ giảm.

Nhưng tốc độ càng giảm thì dòng điện phần ứng I(U) càng tăng và moomen càng tăng. Tới điểm T thì moomen động cơ sinh ra bằng moomen cản (MĐ=MT). Động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểm T với tốc độ thấp hơn(ωT<ωA) và dòng phần ứng lớn hơn, động cơ nóng hơn.

Đây là hiện tượng tự thay đổi tốc độ của động cơ điện, điểm làm việc của động cơ dịch chuyển trên cùng một đường đặc tính cơ.

Sự thay đổi tốc độ động cơ khi tải thay đổi và sự điều chỉnh tốc độ động cơ ứng với cùng một moomen tải
Sự thay đổi tốc độ động cơ khi tải thay đổi và sự điều chỉnh tốc độ động cơ ứng với cùng một moomen tải

Ở ví dụ trên, nếu moomen cản vẫn giữ nguyên giá trị M (A), động cơ

Ở ví dụ trên, nếu mômen cản vẫn giữ nguyên giá trị MA, động cơ đang làm việc ổn định tại điểm A trên đặc tính cơ 1, ta giảm điện áp phần ứng từ U1 xuống U2 (đặc tính cơ tương ứng là 2).
Do quán tính cơ, động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm A trên đường 1 sang điểm B trên đường 2 với cùng một tốc độ ωA.

Mômen của động cơ tại điểm B nhỏ hơn mômen cản A (MB<MA) nên động
cơ bị giảm tốc độ. Điểm làm việc trượt xuống theo đường đặc tính cơ 2. Tốc độ động cơ càng giảm thì dòng điện phần ứng càng tăng. Tới điểm D thì mômen động cơ cân bằng với mômen cản MA
(MB=MA). Động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểm D với tốc độ thấp hơn (ωD<ωA).
Đây không phải là hiện tượng tự thay đổi tốc độ do mômen cản tăng lên mà là sự điều chỉnh tốc độ động cơ (điều chỉnh giảm) trong khi mômen cản vẫn giữ nguyên. Điểm làm việc chuyển từ
đặc tính cơ này sang đặc tính cơ khác do thay đổi thông số của mạch điện động cơ.

Có rất nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ. Tuỳ theo máy sản xuất, ta chọn một phương pháp điều chỉnh tốc độ cho phù hợp, đảm bảo quá trình sản xuất được thuận lợi, nâng cao
chất lượng và năng suất.

 Các chỉ tiêu đánh giá điều chỉnh tốc độ – Tốc độ truyền động điện

Chất lượng của một phương pháp điều chỉnh tốc độ được đánh giá qua một số các chỉ tiêu sau đây.

Dải điều chỉnh tốc độ


Dải điều chỉnh tốc độ (hay phạm vi điều chỉnh tốc độ) là tỉ số giữa các giá trị tốc độ làm việc lớn nhất và nhỏ nhất của hệ TĐĐ ứng với một mômen tải đã cho:

 

Dải điều chỉnh tốc độ
Dải điều chỉnh tốc độ

Dải điều chỉnh tốc độ của một hệ TĐĐ càng lớn càng tốt.
Mỗi một máy sản xuất yêu cầu một dải điều chỉnh nhất định và mỗi một phương pháp điều chỉnh tốc độ chỉ đạt được một dải điều chỉnh nào đó.

 Độ trơn điều chỉnh – Tốc độ truyền động điện


Độ trơn điều chỉnh tốc độ khi điều chỉnh được biểu thị bởi tỷ số giữa 2 giá trị tốc độ của 2 cấp kế tiếp nhau trong dải điều chỉnh:

👍
Độ trơn điều chỉnh
Độ trơn điều chỉnh

                                               Trong đó :                                                      ωi – Tốc độ ổn định ở cấp i.

                                                                                                                     ωi+1 – Tốc độ ổn định ở cấp i+1.

Trong một dải điều chỉnh tốc độ, số cấp tốc độ càng lớn thì sự chênh lệch tốc độ giữa 2 cấp kế tiếp nhau càng ít do đó độ trơn càng tốt.

Khi số cấp tốc độ rất lớn (k→∞) thì độ trơn điều chỉnh γ → 1. Trường hợp này hệ điều chỉnh gọi là hệ điều chỉnh vô cấp và có thể có mọi giá trị tốc độ trong toàn bộ dải điều chỉnh.

Độ ổn định tốc độ ( độ cứng của đặc tính cơ)

Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β và được tính :

Độ cứng của đặc tính cơ
Độ cứng của đặc tính cơ

Nếu |β| bé thì đặc tính cơ là mềm (|β| < 10).
Nếu |β| lớn thì đặc tính cơ là cứng (|β| = 10 ÷ 100).
Khi |β| = ∝ thì đặc tính cơ là nằm ngang và tuyệt đối cứng.
Đặc tính cơ có độ cứng β càng lớn thì tốc độ càng ít bị thay đổi khi mômen thay đổi. Ở trênhình, đường đặc tính cơ 1 cứng hơn đường đặc tính cơ 2 nên với cùng một biến động ∆M thì đặc tính cơ 1 có độ thay đổi tốc độ ∆ω1 nhỏ hơn độ thay đổi tốc độ ∆ω2 cho bởi đặc tính cơ 2.
Nói cách khác, đặc tính cơ càng cứng thì sự thay đổi tốc độ càng ít khi phụ tải thay đổi nhiều.
Do đó sai lệch tốc độ càng nhỏ và hệ làm việc càng ổn định, phạm vi điều chỉnh tốc độ sẽ rộng hơn.

Tính kinh tế – Tốc độ truyền động điện


Hệ điều chỉnh có tính kinh tế khi vốn đầu tư nhỏ, tổn hao năng lượng ít, phí tổn vận hành không nhiều.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ qua mạch phần ứng luôn có tổn hao năng lượng lớn hơn điều chỉnh tốc độ qua mạch kích từ.

Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải – Tốc độ truyền động điện


Khi chọn hệ điều chỉnh tốc độ với phương pháp điều chỉnh nào đó cho một máy sản xuất cần lưu ý sao cho các đặc tính điều chỉnh bám sát yêu cầu đặc tính của tải máy sản xuất. Như vậy hệ làm việc sẽ đảm bảo được các yêu cầu chất lượng, độ ổn định…
Ngoài các chỉ tiêu trên, tuỳ trường hợp cụ thể mà ta có thể có những đòi hỏi khác buộc hệ điều chỉnh tốc độ cần phải đáp ứng.

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song)- Tốc độ truyền động điện


Khi xem xét phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, ta đã biết quan hệ ω=f(M) phụ thuộc các thông số điện U, φ, RưΣ. Sự thay đổi các thông số này sẽ cho những họ đặc tính cơ khác nhau. Vì vậy, với cùng một mômen tải nào đó, tốc độ động cơ sẽ khác nhau ở các đặc tính cơ khác nhau. Như vậy, động cơ điện một chiều kích từ độc lập (hay kích từ song song) có thể được điều chỉnh tốc độ bằng các phương pháp sau đây:

1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng


Sơ đồ nguyên lý được biểu diễn như trên hình. Từ thông động cơ được giữ không đổi.
Điện áp phần ứng được cấp từ một bộ biến đổi.
Khi thay đổi điện áp cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có các họ đặc tính cơ ứng với các tốc độ không tải khác nhau, song song và có cùng độ cứng.
Điện áp U chỉ có thể thay đổi về phía giảm (U<Uđm) nên phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh giảm tốc độ.

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 ứng với điện áp U1 trên phần ứng.
Khi giảm điện áp từ U1 xuống U2, động cơ thay đổi điểm làm việc từ điểm A có tốc độ lớn ωA trên đường 1 xuống điểm D có tốc độ nhỏ hơn (ωD<ωA) trên đường 2 (ứng với điện áp U2).

Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp
Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp

Trong khi giảm tốc độ theo cách giảm điện áp phần ứng, nếu giảm mạnh điện áp, nghĩa là chuyển nhanh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp thì cùng với quá trình giảm tốc có thể xảy ra quá trình hãm tái sinh. Chẳng hạn, cũng trên hình , động cơ đang làm việc tại điểm A với tốc độ lớn ωA trên đặc tính cơ 1 ứng với điện áp U1.

Ta giảm mạnh điện áp phần ứng từ U1 xuống U3. Lúc này động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm A trên đường 1 sang điểm E trên đường 3 (chuyển ngang với ωA=ωE). Vì ωE lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ω03 của đặc tính cơ 3 nên động cơ sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh trên đoạn EC của đặc tính 3.

Quá trình hãm giúp động cơ giảm tốc nhanh. Khi tốc độ xuống thấp hơn ω03 thì động cơ lại làm việc ở trạng thái động cơ.

Lúc này do mômen MĐ = 0 nên động cơ tiếp tục giảm tốc cho tới điểm làm việc mới tại F, vì tại F mômen động cơ sinh ra cân bằng với mômen cản MC. Động cơ chạy ổn định tại F với tốc độ ωF<ωA. Khi tăng tốc, diễn biến của quá trình được giải thích tương tự. Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm I có tốc độ ωI nhỏ trên đặc tính cơ 5, ứng với điện áp U5 trên phần ứng. Tăng điện áp từ U5 lên U4, động cơ chuyển điểm làm việc từ I trên đặc tính 5 sang điểm G trên đặc tính 4. Do mômen MG lớn hơn mômen cản MC nên động cơ tăng tốc theo đường 4 (đoạn GH).

Đồng thời với quá trình tăng tốc, mômen động cơ bị giảm và quá trình tăng tốc chậm dần. Tới điểm H thì mômen động cơ cân bằng với mômen tải MH = MC và động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểm H với tốc độ ωH > ωI.

2.Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng biện pháp thay đổi điện áp phần ứng có các đặc điểm sau:

– Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ.
– Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
– Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh.
– Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau. Độ sụt tốc
tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh. Do vậy, sai số tốc độ tương đối
(sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất không vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh.
– Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể: D ~ 10:1.
– Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi với Uư ≤ Uđm).
– Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn để có thể thay đổi trơn điện áp ra.

3.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từ của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ. Rõ ràng phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ, nghĩa là chỉ có thể giảm dòng điện kích từ (Ikt ≤ Iktđm) do đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thông. Khi giảm từ thông, đặc tính dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn. Họ đặc tính giảm từ thông như hình.

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi từ thông kích từ
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi từ thông kích từ

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông có các đặc điểm sau:
– Từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ
càng lớn.
– Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông.
– Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh: D ~ 3:1.
– Chỉ có thể điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía tăng.
– Do độ dốc đặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các đặc tính sẽ cắt nhau và do đó, với tải không lớn (M1) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm. Còn ở vùng tải lớn (M2) tốc độ có thể tăng hoặc giảm tùy theo tải. Thực tế, phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn so với định mức.
– Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ là (1÷10)% dòng định mức của phần ứng. Tổn hao điều chỉnh thấp.

 4.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng


Sơ đồ nguyên lý nối dây như hình. Khi tăng điện trở phần ứng, đặc tính cơ dốc hơn nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng. Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng như hình.
Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng:
– Điện trở mạch phần ứng càng tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm và độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn.
– Phương pháp chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm (do chỉ có thể tăng thêm điện trở).
– Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng cho nên tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở càng lớn.

Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số mômen tải. Tải càng nhỏ (M1) thì dải điều chỉnh

Dải điều chỉnh tốc độ

 càng nhỏ. Nói chung, phương pháp này cho dải điều chỉnh: D ≈ 5:1

 

 

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi điện trở phần ứng
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi điện trở phần ứng

 

– Về nguyên tắc, phương pháp này cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi điện trở nhưng vì dòng rotor lớn nên việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn. Thực tế thường sử dụng chuyển đổi theo từng cấp điện trở.

bên trên mình vừa chia sẻ một số kiến thức về điều chỉnh tốc độ truyền động điện một chiều, hi vọng có thể giúp ít cho các bạn trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Xem thêm: Đặc tính truyền động điện 

Xem thêm: dòng điện xoay chiều https://bff-tech.com/dong-dien-xoay-chieu-la-gi/

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

ZALO Chat