Bài tập động cơ một chiều kích từ độc lập năm 2024

Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng, khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập nhau. Đối với động cơ điện một chiều kích từ song song, phần kích từ được mắc song song với phần ứng, khi công suất phần ứng lớn hơn rất nhiều so với phần kích từ ta có thể xem đó là động cơ điện kích từ độc lập. Đặc tính cơ của hai loại kích từ giống nhau. Như vậy, điểm giống nhau:

• Khi công suất phần ứng lớn hơn rất nhiều so với kích từ, kích từ song song tương đương kích từ độc lập.
• Đặc tính cơ của hai loại kích từ giống nhau. Khác nhau:

Nối theo hình a và b: Φ = k. 𝑘 𝛷.𝐼 ư nên Φ < Φ đm, n tăng Nối theo hình c: tổng trở giảm, 𝐼 = 𝐼𝑡 tăng, n giảm. Điều chỉnh tốc độ bằng cách THÊM 𝑹𝒇 vào mạch phần ứng: Mạch từ bão hòa thì giống động cơ điện kích từ song song Mạch từ không bão hòa: khi đặt điện trở vào làm dòng điện phần ứng giảm, mô men giảm từ đó làm tốc độ quay giảm. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp: Chỉ điều chỉnh được tốc độ n < 𝑛đ𝑚. Thực hiện bằng cách nối từ song song thành nối tiếp 2 động cơ. Hiệu suất cao không gây tổn hao phụ.

1. So sánh với động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp Về đặc tính cơ: Đường 1: Hỗn hợp bù [nối thuận]. Đường 2: Hỗn hợp ngược [nối ngược]. Đường 3: Kích thích độc lập [song song].

Đường 4: Kích thích nối tiếp. Đường đặc tính cơ của động cơ điện độc lập là một đường thẳng trong khi động cơ điện hỗn hợp là đường cong. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều hỗn hợp bù là đặc tính trung gian giữa đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích song song và động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

• 1. VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 SO SÁNH HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHI SỬ DỤNG CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH PI,IP,PID VÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÒNG - 2020
• 2. VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 SO SÁNH HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHI SỬ DỤNG CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH PI,IP,PID VÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Duy Chiến Người hướng dẫn: GSTSKH Thân Ngọc Hoàn HẢI PHÒNG - 2020
• 3. hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc ----o0o----- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Duy Chiến– MSV : 1512102015 Lớp : ĐC1901- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : So sánh hệ thống truyền động điện động cơ 1 chiều kích từ độc lập khi sử dụng các bộ điều khiển PI,IP,PID và điều khiển mờ
• 4. TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp [ về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ]. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp..........................................................................:
• 5. HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Thân Ngọc Hoàn GSTSKH Trường Đại học dân lập Hải Phòng Toàn bộ đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng năm 2019. Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày......tháng.......năm 2020 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Nguyễn Duy Chiến Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N GSTSKH Thân Ngọc Hoàn Hải Phòng, ngày........tháng........năm 2020 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ
• 6. HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ và tên giảng viên: Thân Ngọc Hoàn... Đơn vị công tác: Đại học Dân Lập Hải Phòng Họ và tên sinh viên: .......................................... Chuyên ngành: Nội dung hướng dẫn: .......................................................... ................................................................................................................................... + Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp Có tinh thần trong khi làm đồ án nhưng phải cố gắng hơn. ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... - Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận [so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…] Hoàn thành đề cương đồ án đề ra, đã tìm hiểu về máy điện một chiều, dã thực hiện so sánh các bộ điều chỉnh PI, PID và điều khiển mờ. Do trình độ có hạn lại thiếu cố gắng nên việc tìm hiêuu chưa sâu, chưa dạt được kiến thức mong muốn. Cần cố gắng hơn nữa khi ra đời vào làm thực tế.................... ............................................................................................................................. 3. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Điểm hướng dẫn Được bảo vệ x Không được bảo vệ Hải Phòng, ngày 4 tháng 01 năm 2020 Giảng viên hướng dẫn [Ký và ghi rõ họ tên] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
• 7. HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ và tên giảng viên: .............................................................................................. Đơn vị công tác: ........................................................................ ..................... Họ và tên sinh viên: ...................................... Chuyên ngành: .............................. Đề tài tốt nghiệp: ......................................................................... .................... ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 1. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 2. Những mặt còn hạn chế ......................................................................................................................................... ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không được bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm ...... Giảng viên chấm phản biện [Ký và ghi rõ họ tên]
• 8. hoàn thành đồ án tốt nghiệp này cũng là em kết thúc thời gian học tập tại trường Đại học Dân lập Hải Phòng. Khoảng thời gian học tập và nghiên cứu tại trường đã giúp em hiểu và yêu quý nơi đây nhiều hơn. Nhà trường và Thầy Cô không những truyền đạt cho em những kiến thức chuyên môn mà còn giáo dục cho em về lý tưởng, đạo đức trong cuộc sống. Đây là những hành trang không thể thiếu cho cuộc sống và sự nghiệp của em sau này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các Quý Thầy Cô đã tận tình chỉ bảo, dẫn dắt em đến ngày hôm nay để có thể vững bước trên con đường học tập và làm việc sau này. Đồ án tốt nghiệp đã đánh dấu việc hoàn thành những năm tháng miệt mài học tập của em. Và đồ án này cũng đánh dấu sự trưởng thành trên con đường học tập của em. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn động viên và tạo mọi điều kiện để nhóm hoàn thành khóa học. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy Thân Ngọc Hoàn với sự nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi và sự định hướng đúng đắn và kịp thời của Thầy đã giúp em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án. Sinh viên thực hiện Nguyễn Duy Chiến
• 9. ĐẦU...................................................................................................... 5 CHƯƠNG 1........................................................................................................... 6 MẠCH ĐIỆN, MẠCH TỪ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ......................... 6 1.1. KHÁI NIỆM ................................................................................................. 6 1.2. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ............................................. 6 1.2.1. Cấu tạo của stato ........................................................................................ 6 yếu là loại rôto hình trống có răng được ghép lại bằng các lá thép điện kỹ thuật. Ở những máy công suất lớn người ta còn làm các rãnh làm mát theo bán kính [các lá thép được ghép lại từng tệp, các tệp cách nhau một rãnh làm mát].......... 8 1.3. MẠCH ĐIỆN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU........................................ 9 1.3.1 Những thông số cuộn dây............................................................................. 9 1.3.2 Cuộn xếp..................................................................................................... 11 1.3.2.1 Cuộn xếp đơn .......................................................................................... 11 1.4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU................ 12 1.5. BIỂU THỨC SĐĐ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU.................................. 13 1.6. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG ........................................................................... 14 1.6.1.Khái niệm về phản ứng phần ứng. ............................................................. 14 1.6.2. Phản ứng phần ứng ngang........................................................................ 14 1.7. CHUYỂN MẠCH DÒNG ĐIỆN Ở CỔ GÓP ............................................. 17 1.7.1 Bản chất...................................................................................................... 17 1.7.2 Sđđ xuất hiện trong quá trình đảo chiều dòng điện................................... 18 1.8. TIA LỬA Ở CHỔI VÀ CÁCH GIẢM TIA LỬA Ở CHỔI. ....................... 18 1.8.1 Nguyên nhân xuất hiện tia lửa điện. .......................................................... 18 1.8.2. Các phương pháp giảm tia lửa. ................................................................ 19 1.8.2.1 Giảm tia lửa do nguyên nhân cơ học...................................................... 19 KẾT LUẬN......................................................................................................... 21 CHƯƠNG 2........................................................................................................ 22 2.1. PHÂN LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU......................................... 22 2.2. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SĐĐ CỦA MÁY PHÁT ......................... 22 2.4 MÁY PHÁT KÍCH TỪ ĐỘC LẬP............................................................... 24 2.5. MÁY PHÁT KÍCH TỪ SONG SONG........................................................ 26 ............................................................................................................................. 29
• 10. KÍCH TỪ NỐI TIẾP.............................................................. 30 2.7 MÁY PHÁT KÍCH TỪ HỖN HỢP........................................................... 31 2.8. CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU LÀM VIỆC SONG SONG.......... 32 2.8.1. Hai máy phát kích từ song song làm việc song song:............................... 32 2.8.2 Các máy phát hỗn hợp làm việc song song: .............................................. 34 2.9. PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ....................................... 35 2.10. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SĐĐ CỦA ĐỘNG CƠ....................... 35 2.11. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ....................... 36 2.11.2. Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp............................................. 37 2.12. KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.................................... 39 2.13. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU.............................. 40 2.13.1. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ....................................................... 40 2.13.2. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp nguồn nạp.............................. 40 2.13.3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông............................................... 42 2.13.4 Hệ thống máy phát động cơ ..................................................................... 42 2.14. HÃM ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.................................................. 43 2.15. Tổn hao và hiệu suất máy điện một chiều.............................................. 45 KẾT LUẬN........................................................................................................ 46 CHƯƠNG 3: ...................................................................................................... 47 SO SÁNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN P-I, I-P, PID VÀ MỜ [2] ..................... 47 3.1. Gới thiệu ................................................................................................... 47 3.2. Mô hình toán học của động cơ một chiều.............................................. 48 3.3. Thiết kế các bộ điều khiển......................................................................... 50 3.3.1. Bộ điều khiển P-I:.................................................................................... 50 3.3.2. Bộ điều khiển I-P:.................................................................................... 51 3.3.3. Bộ điều khiển PID.................................................................................... 52 3.3 Phương pháp Zigler-Nichol tính chọn các tham số của bộ điều khiển.. 52 3.4. Bộ điều khiển mờ........................................................................................ 53 3.5 Mô phỏng trên matlab ................................................................................ 55 3.6. Kết luận....................................................................................................... 57 PHẦN KẾT LUẬN............................................................................................ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO. ............................................................................... 60
• 11. một sinh viên đang học tập và rèn luyện tại trường đại học Dân lập Hải Phòng, em cảm thấy một niềm tự hào và động lực to lớn cho sự phát triển của bản thân trong tương lai. Sau năm năm học đại học, dưới sự chỉ bảo, quan tâm của các thầy cô, sự nỗ lực của bản thân, em đã thu được những bài học rất bổ ích, đựơc tiếp cận các kiến thức khoa học kĩ thuật tiên tiến phục vụ cho lĩnh vực chuyên môn mình theo đuổi. Có thể nói, những đồ án môn học, bài tập lớn hay những nghiên cứu khoa học mà một sinh viên thực hiện chính là một cách thể hiện mức độ tiếp thu kiến thức và vận dụng sự dạy bảo quan tâm của thầy cô. Chính vì vậy em đã dành thời gian và công sức để hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ Tìm hiểu về máy điện 1 chiều” do thầy giáo T.S Thân Ngọc Hoàn hướng dẫn Nội dung bao gồm các chương Chương 1: Giới thiệu về máy điện 1 chiều Chương 2: Động cơ 1 chiều và điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều Chương 3: So sánh các bộ điều khiển P-I, I-P, PID và Mờ
• 12. MẠCH TỪ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1. KHÁI NIỆM Máy điện một chiều là loại máy điện biến cơ năng thành năng lượng điện một chiều [máy phát] hoặc biến điện năng dòng một chiều thành cơ năng [động cơ một chiều]. Ở máy điện một chiều từ trường là từ trường không đổi. Để tạo ra từ trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện được cung cấp dòng điện một chiều. Có hai loại máy điện 1 chiều: loại có cổ góp, loại không có cổ góp. Công suất lớn nhất của máy điện một chiều vào khoảng 5-10 MW. Hiện tượng tia lửa ở cổ góp đã hạn chế tăng công suất của máy điện một chiều. Cấp điện áp của máy một chiều thường là 120V, 240V, 400V, 500V và lớn nhất là 1000V. Không thể tăng điện áp lên nữa vì điện áp giới hạn của các phiến góp là 35V. 1.2. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Trên hình 1.1 biểu diễn cấu tạo của máy điện một chiều. Ta sẽ nghiên cứu cụ thể các bộ phận chính. 1.2.1. Cấu tạo của stato Giống như những máy điện quay khác nó cũng gồm phần đứng im [stato] và phần quay [rô to]. Về chức năng máy điện một chiều cũng được chia thành phần cảm [kích từ ] và phần ứng [phần biến đổi năng lượng]. Khác với máy điện đồng bộ ở máy điện một chiều phần cảm bao giờ cũng ở phần tĩnh còn phần ứng là ở rô to. Hình 1.1 Kích thước dọ, ngang máy điện một chiều.1-Thép, 2-cực chính với cuộn kích từ, 3-cực phụ với cuộn dây,4-Hộp ổ bi,5-Lõi thép, 6-cuộn phần ứng, 7-Thiết bị chổi,8-Cổ góp, 9-Trục, 10-Nắp hộp đấu dây
• 13. một chiều là phần cảm, nơi tạo ra từ thông chính của máy. Stato gồm các chi tiết sau: . Cực chính Trên hình 1.2a biểu diễn một cực chính gồm: Lõi cực 2 được làm bằng các lá thép điện kỹ thuật ghép lại, mặt cực 4 có nhiệm vụ làm cho từ thông dễ đi qua khe khí. Cuộn dây kích từ 3 đặt trên lõi cực cách điện với thân cực bằng một khuôn cuộn dây cách điện. Cuộn dây kích từ làm bằng dây đồng có tiết diện tròn, cuộn dây được tẩm sơn cách điện nhằm chống thấm nước và tăng độ dẫn nhiệt. Để tản nhiệt tốt cuộn dây được tách ra thành những lớp, đặt cách nhau một rãnh làm mất. Cực phụ[hình 1.2.b] Cực phụ nằm giữa các cực chính , thông thường số cực phụ bằng ½ số cực chính số cực chính. Lõi thép cực phụ [2] thường là bột thép ghép lại, ở những máy có tải thay đổi thì lõi thép cực phụ cũng được ghép bằng các lá thép. cuộn dây 3 đặt trên lõi thép 2. Khe khí ở cực phụ lớn hơn khe khí ở cực chính. A. Thân máy Thân máy làm bằng gang hoặc thép, cực chính và cực phụ được gắn vào thân máy. Tuỳ thuộc vào công suất của máy mà thân máy có chứa hộp ổ bi hoặc không. Máy có công suất lớn thì hộp ổ bi làm rời khỏi thân máy. Thân máy được gắn với chân máy. Ở vỏ máy có gắn bảng định mức với các thông số sau đây: - Công suất định mức Pđm. - Tốc độ định mức nđm - Điện áp định mức Uđm - Dòng điện định mức Iđm - Dòng kích từ định mức Iktđm D.Rô to Rô to của máy điện một chiều là phần ứng. Ngày nay người ta dùng chủ 1 2 3 4 2 3 Hình 1.2 Cấu tạo các cực của máy điện một chiều a]Cực chính, b]Cực phụ a] b]
• 14. rôto hình trống có răng được ghép lại bằng các lá thép điện kỹ thuật. Ở những máy công suất lớn người ta còn làm các rãnh làm mát theo bán kính [các lá thép được ghép lại từng tệp, các tệp cách nhau một rãnh làm mát]. E. Cổ góp Cuộn dây rôto là cuộn dây khép kín, mỗi cạnh của nó được nối với phiến góp. Các phiến góp được ghép cách điện với nhau và với trục hình thành một cổ góp. Phiến góp được làm bằng đồng, vừa có độ dẫn điện tốt vừa có độ bền cơ học, chống mài mòn. [hình 1.3]. G. Thiết bị chổi. Để đưa dòng điện ra ngoài phải dùng thiết bị chổi gồm: chổi than được làm bằng than granit vừa đảm bảo độ dẫn điện tốt vừa có khả năng chống mài mòn, bộ giữ chổi được làm bằng kim loại gắn vào stato, có lò so tạo áp lực chổi và các thiết bị phụ khác. Hình 1.3.Kích thước ngang của cổ góp 1-Phiến góp,2-Ép vỏ ,3-cách điện, 4- phiến cách điện,5-ống cổ góp,6-chổi 1 2 3 4 5 6 3 2 a] ] Hình 1.4 Thiết bị chổi. a] Thanh giữ chổi, b]thiết bị giữ chổi.1.Ốc vít,2-Dây dẫn,3-Cách điện,4-Giữ chổi, 5-Chổi, 6-Lò so,7- Đòn gánh,8-Dây dẫn điện ra,9-Ốc giữ chổi.
• 15. CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Mạch điện chính là cuộn dây máy điện, nó giữ một vai trò vô cùng quan trọng bởi vì nơi đây xảy ra quá trình biến đổi năng lượng. Cuộn dây máy điện cần phải thực hiện hết ít vật liệu nhất nhưng lại phải có hiệu suất lớn, phải đảm bảo độ bền về cơ, về nhiệt và điện trong thời gian khai thác. Cuộn dây máy điện một chiều khác cuộn dây máy điện xoay chiều ở chỗ nó là cuộn kín, trong đó mỗi bin được nối với một phiến góp. Hiện nay cuộn dây máy điện một chiều được sử dụng rộng rãi là cuộn dây có rô to rỗng. Người ta chia cuộn dây máy điện một chiều thành: -Cuộn xếp đơn -cuộn sóng đơn -Cuộn sóng kép -Cuộn xép kép 1.3.1 Những thông số cuộn dây. Phần lớn cuộn dây máy điện dòng một chiều dùng trong công nghiệp hiện nay là loại cuộn dây đơn vì dễ thực hiện, tốn ít đồng, giá thành rẻ, sử dụng đồng tốt. Không nên dùng cuộn dây máy điện có số vòng dây lớn vì điện áp giữa các vòng dây lớn. Máy điện một chiều dùng cuộn dây nhiều vòng thường có công suất nhỏ, đường kính cổ góp bé [vì phải giảm số lượng phiến góp để tăng chiều rộng của phiến góp] . Cuộn dây phần ứng là một cuộn dây khép kín gồm các dây dẫn cách điện với nhau và với rãnh. Cuộn dây phần ứng là nơi biến đổi năng lượng nên có một số yêu cầu sau:có tính điện tốt, tỏa nhiệt tốt , bền về cơ học, tốn ít nguyên liệu có hiệu suất cao nhất. Hai thanh dẫn nối với nhau hình thành vòng dây, một số vòng dây gộp lại với nhau tạo thành mô bin hình 1.5. Trong một rãnh thực tế có thể có vài phần tử rãnh [hình 1.5 c,d] 1.Mô bin [hay còn gọi là bin]. Đây là phần tử cơ bản của cuộn dây, nó bao gồm 1 vòng dây hay nhiều vòng dây có các cạnh cách nhau một bước cực, 2 đầu được nối với 2 phiến góp cách nhau một bước cổ góp [hình 1.5 a,b]. Từ đây ta chỉ nghiên cứu bin một vòng dây và qui ước thanh dẫn của bin nằm ở lớp trên vẽ đường liền, ở lớp dưới a] c] d] Hình 1.5 Vòng dây [a], Mô bin[b], một phần tử của rãnh [c] và 2 phần tử rãnh [d] b]
• 16. Căn cứ vào nối đầu cuộn dây ta chia cuộn dây thành chộn chéo và cuộn không chéo[vòng tái hay vòng phải]. 2- Bước cuộn dây theo chu vi phần ứng và theo cổ góp -Bước thứ nhất y1:đó là khoảng cách của cạnh tác dụng thứ nhất của bin với cạnh tác dụng thứ 2 của bin [hình 1.6], thông thường y1 =  Trong sơ đồ cuộn dây, y1 cho ta số rãnh nằm giữa 2 cạnh của mô bin. Ở cuộn dây có bin nhiều vòng thì trong một rãnh nằm nhiều dây dẫn [hình 1.5] ở đây mỗi thanh dẫn là một hình chữ nhật]. Ở cuộn dây này ta dùng khái niệm rãnh cơ bản. Rãnh cơ bản là rãnh chứa 2 thanh dẫn, vì bin một vòng dây có 2 thanh dẫn nên ta coi một rãnh cơ bản là một bin. Gọi Umb là số cặp dây dẫn nằm trong rãnh, Z là số rãnh thực tế vậy số rãnh cơ bản sẽ là: Zcb = ZUmb Đến một phiến góp được nối 2 đầu của hai bin khác nhau. Vậy ta có thể coi cứ một phiến góp ứng với một bin [có 2 thanh dẫn]. Gọi S là số bin của một cuộn dây, K là số phiến góp thì: Zcb=K=S Với khái niệm như vậy thì y1= p Zcb 2 [p-số đôi cực]. Thông thường p Zcb 2 là phép tính không chia hết, nhưng để thực hiện được cuộn dây, y1 phải là số nguyên vậy: y1= p Zcb 2  Ở đây  -là đại lượng rút gọn hay kéo dài của cuộn dây. b.Bước thứ 2 của cuộn dây theo chu vi rô to: Đó là khoảng cách của cạnh tác dụng thứ 2 của bin trước với cạnh tác dụng thứ nhất của bin sau hình 1.11a. Bước này cũng đo bằng rãnh cơ bản. Hình 1.6 Biểu diễn các số đo của cuộn dây a]Xếp đơn; b]Sóng đơn a] y1 Y2 y yk N S N s b] y1 y2 y
• 17. y: Đây là khoảng cách đo bằng rãnh cơ bản của 2 cạnh tác dụng của 2 bin nằm cạnh nhau ở sơ đồ hình 1.6. y=y1+y2 [cuộn sóng] y=y1-y2 [uộn xếp] d.Bước cổ góp :Đây là khoảng cách giữa 2 phiến góp mà các đầu dây của 2 bin cạnh nhau nối vào [hình 1.10]. Bước sổ góp được đo bằng các phiến góp. Bước cổ góp sóng đơn đo bằng: yk= p K 1  Còn vuộn xếp đơn: yk= 1 Ở đây dấu ‘+’ cho cuộn dây không chéo nhau, còn dấu’-‘ cho cuộn dây chéo nhau. Để thực hiện cuộn dây đối xứng thì bước cuộn dây theo cổ góp phải liên quan chặt chẽ với bước cuộn dây theo chu vi rô to. Về số phải đảm bảo 2 bước yk và y bằng nhau, tức là yk=y [1.1] Bước cực được tính như sau;  = p Zcb 2 [1.2] 1.3.2 Cuộn xếp. Cuộn xếp có các đại lượng đặc trưng sau: y=y1-y2 Nếu cuộn dây quay phải [y1>y2] thì y>0 còn nếu cuộn dây quay trái thì y Iđm, p.ư.p.ư. lớn làm cho đặc tính tách khỏi đường thẳng. Khi U = 0 ta có dòng ngắn mạch. Độ giảm điện áp của máy phát 1 chiều được xác định: % 100 . U U E U d d 0 m m    d. Đặc tính điều chỉnh: Đặc tính điều chỉnh là mối quan hệ hàm giữa dòng kích từ với dòng phần ứng [dòng tải] khi U=const và n = nđm. Tức là: Ikt = f[Iư] khi U = const , n = nđm. Từ hình 2.4 ta thấy rằng khi tải tăng, điện áp máy phát giảm, để giữ cho điện áp không đổi thì phải tăng dòng kích từ. Sơ đồ thí nghiệm vẫn là hình 2.2, khi thay đổi Rtải, điện áp U thay đổi, ta phải thay đổi điện trở ở mạch kích từ sao cho U = const. Lấy các đại lượng đo được, ta dựng đặc tính điều chỉnh hình 2.5. 2.5. MÁY PHÁT KÍCH TỪ SONG SONG U U0 U®m I®m Ingm 0 Hình 2.4 Đặc tính ngoài máy phát một chiều Iư I® m I Ikt 0 Ikt® m Ikt Hình 2.5 đặc tính ngoài máy phát một chiều
• 33. từ song song là máy phát tự kích, dòng kích từ được lấy từ phần ứng. Trên H.2.6 biểu diễn sơ đồ máy phát tự kích. a. Điều kiện tự kích của máy kích từ song song. Để máy phát kích từ song song tạo ra điện áp trên trụ đấu dây, cần thoả mãn những điều kiện sau đây: - Máy phát phải có từ dư - Cuộn kích từ phải nối sao cho khi có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra một từ thông cùng chiều với từ dư. - Điện trở mạch kích từ phải nhỏ hơn một giá trị nhất định Rth [điện trở tới hạn]. Điều kiện 1 và 2 khá rõ, không cần giải thích thêm. Ta sẽ giải thích kỹ điều kiện thứ 3. Dùng máy lai quay rôto với tốc độ n, do có từ dư nên trong cuộn dây xuất hiện một sđđ . Vì mạch kích từ kín nên dòng kích từ chạy qua cuộn kích từ tạo ra từ thông cùng chiều từ dư, làm cho từ trường máy tăng lên, sđđ cảm ứng tăng lên, dòng kích từ tăng lên, quá trình đó sẽ kết thúc khi điện áp trên trụ đấu dây xuất hiện giá trị định mức. Khi điện áp máy phát đạt giá trị định mức, mới tải máy phát. Điều này không phải lúc nào cũng xảy ra, thật vậy: Ở mạch kích từ ta có phương trình: Ikt Wkt Rp A V I­ P Rt¶i A Hình 2.6 Máy phát kích từ song song  gh Ikt0 U0 U U=RktIk t A 0 Hình 2.7. Điều kiện tự kích mát phát kích từ song song 2 1
• 34. [2.8] hay dt ] i . L [ d R i U kt kt kt kt 0   Trong đó: U0 - điện áp xuất hiện trên 2 đầu dây mạch kích từ; Rkt = Rđc = R [R- điện trở cuộn kích từ; Lkt- độ tự cảm mạch kích từ. Nếu Rkt = const thì iktRkt là một đường thẳng có góc nghiêng  xác định bằng biểu thức:[hình 2.7 ]. Kt kt kt kt R I R I tg    [2.9] Cứ mỗi một giá trị Rkt ta có một đường thẳng. Trên hình 2..7 đường 2 là đặc tính không tải. Khoảng cách giữa 2 đường này là đại lượng dt di L kt kt  . Khi ikt = 0 thì Eư = Edư. Đại lượng dt di L kt kt  biểu diễn cường độ kích từ máy điện. Khi 0 dt di L kt kt   thì U0 = IktRkt , quá trình tự kích máy kết thúc. Như vậy giao điểm của đường 1 và 2 xác định điện áp ra của máy phát tự kích. Khi tăng Rkt điểm cắt của 2 đường lùi dần xuống gốc toạ độ. Ở một giá trị Rkt nào đó đường RktIkt tiếp tuyến với đặc tính không tải. Quá trình tự kích không thực hiện được vì điện áp trên cực máy phát quá nhỏ [hình 2.7]. Điện trở gây cho đường IktRkt tiếp tuyến với đặc tính không tải gọi là điện trở tới hạn [Rth]. Như vậy để quá trình tự kích thực hiện được thì điện trở mạch kích từ phải nhỏ hơn điện trở tới hạn. Ở máy phát tự kích khi không tự kích được có thể vì những lý do sau đây: - Mất từ dư [phải mồi từ]. - Quay không đúng chiều quay - Cuộn kích từ đấu không đúng. - Cuộn kích từ bị đứt hoặc điện trở mạch kích từ quá lớn. b.Đặc tính không tải Vì không thể đổi chiều dòng kích từ nên đường đặc tính không tải tức là đường E0 = f[ikt] khi Iư = 0, n = nđm chỉ có 1 nửa [hình 2.8] và bắt đầu từ Edư.
• 35. tải: Đặc tính tải của máy phát kích từ song song giốn như ở máy phát kích từ độc lập. d. Đặc tính ngoài Do dòng kích từ ở máy phát kích từ song song phụ thuộc vào điện áp phần ứng, do đó điều kiện Ikt=const không đảm bảo vì vậy đặc tính ngoài ở máy kích từ song song là mối quan hệ hàm giữa điện áp trên trụ đấu dây với dòng tải khi Rkt=const và n = nđm. Tức là: U = f[Iư] khi Rkt = const, n = nđm Sơ đồ thí nghiệm ở hình 1.13. Đặc tính biểu diễn ở hình 2.9. Ta thấy đặc tính xuất phát từ điểm E0, khi dòng tải tăng, điện áp trên trụ đấu dây giảm, khi dòng điện tăng tới dòng cực đại [Iưmax], thì mặc dầu điện trở mạch ngoài tiếp tục giảm nhưng dòng không thể tăng được. Cho tới khi điện áp ở tải bằng không [ngắn mạch] dòng ngắn mạch lúc này nhỏ hơn dòng định mức và xác định bằng: t d- R E Ingm  [2.10] Điều này có thể giải thích như sau: Khi dòng tải còn nhỏ, p.ư.p.ư chưa đóng vai trò lớn, nên khi tải tăng điện áp trên trụ đấu dây giảm chủ yếu là do sụt áp ở điện trở Rtải [U = Eư – IưRtải]. Khi dòng tải đạt một giá trị nhất định [Iưmax] thì p.ư.p.ư bây giờ giữ vai trò chủ đạo. Khi tăng dòng tải, máy đã bão hoà [dòng kích từ lớn] p.ư.p.ư làm cho điện áp giảm. Điện áp giảm, dòng kích từ giảm dẫn đến E0 giảm làm cho Iư giảm. Khi U = 0 [ngắn mạch] thì Ikt = 0, máy lúc này chỉ còn từ dư [Edư] nên dòng ngắn mạch xác định bằng [2.10]. Đặc tính trên hình 2.10 là đặc tính lấy được khi điện áp U và dòng điện Iư thay đổi từ từ. Trong thực tế khai thác, ngắn mạch xảy ra đột ngột. Nhưng từ thông không thể thay đổi đột ngột mà phải sau một thời gian [0,1 0,2 giây]. Trong thời gian đó U I0 0 Hình 2.8 đặc tính không tải máy phát kích từ song song Imax KÝch tõ ®éc lËp Ingm I®m I U Hình 2.9 Đặc tính ngoài của máy phát điện song song
• 36. mạch tăng từ 8 – 12 lần dòng định mức, sau đó giảm đi rất nhanh [do từ thông giảm, hình 2.10]. Ở máy phát kích từ song song có U R U i Kt kt   , nghĩa là tỷ lệ với điện áp trên trụ đấu dây. e. Đặc tính điều chỉnh: Đặc tyính điều chỉnh là mối quan hệ hàm giữa dòng kích từ với dòng tải khi giữ cho U=const, n=const=nđm tức là: Ikt = f[Iư], với U = const, n= nđm. Đặc tính này giống với đặc tính điều chỉnh của máy kích từ độc lập nếu ta bỏ qua sự khác nhau giữa dòng chạy trong rôto và dòng tải ở 2 loại máy này. Ở máy độc lập dòng rôto và dòng tải là 1, còn ở máy kích từ song song thì dòng rôto lớn hơn dòng tải một đại lượng là dòng kích từ. 2.6. MÁY PHÁT KÍCH TỪ NỐI TIẾP Sơ đồ máy phát nối tiếp biểu diễn trên hình 2.11. Vì ở máy kích từ nối tiếp dòng kích từ chính là dòng phần ứng Ikt = Iư = I, nên không thể làm thí nghiệm để lấy đặc tính không tải và các đặc tính khác trừ đặc tính ngoài. Từ biểu thức U = E0 – IưRt và E0 = Cen, nhưng  = K1Iư do đó E0 = K0Iư, do đó: U = K0Iư – IưRt = Iư[K0 – Rt] = KIư Khi dòng Iư nhỏ, máy chưa bão hào quan hệ giữa U = f[Iư] là tuyến tính, nhưng khi Iư lớn máy bị bão hoà, đồng thời lại có p.ư.p.ư nên điện áp giảm xuống với tốc độ khá nhanh [hình 2.11b]. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 t[s] I’ngm Hình 2.10 Dòng ngắn mạch máy phát kích từ song song
• 37. KÍCH TỪ HỖN HỢP Trên hình 2.12 biểu diễn máy phát kích từ hỗn hợp. Máy phát gồm cuộn dây kích từ nối song song và cuộn dây kích từ nối tiếp. Căn cứ vào cách nối cuộn kích từ song song và nối tiếp ta có máy kích từ hỗn hợp nối thuận [từ thông cuộn song song và nối tiếp cùng chiều] và máy kích từ hỗn hợp nối ngược [từ thông 2 cuộn này ngược chiều nhau]. Do tính chất của máy kích từ hỗn hợp nối ngược không tốt nên trong thực tế thường dùng loại nối thuận. Tính chất của máy phát kích từ phụ thuộc vào tỷ số stđ của cuộn nối tiếp và cuộn song song. Từ thông cơ bản của máy phát do cuộn song song tạo ra. Nếu máy bị bão hòa lớn thì cuộn nối tiếp có tác dụng nhỏ đối với từ thông chính của máy vì thế máy kích từ hỗn hợp được chế tạo có độ bão hòa nhỏ. Dưới đây chúng ta nghiên cứu đặc tính ngoài của máy kích từ hỗn hợp. Đặc tính ngoài U=f[Iư] với Rkt=const Thông thường người ta dùng loại máy phát nối thuận, nghĩa là stđ của cuộn song song cùng chiều với stđ của cuộn nối tiếp. Do đó khi có tải stđ của máy phát tăng làm cho điện áp của máy phát tăng. Thường cuộn dây nối tiếp được thiết kế sao cho khi máy làm việc bình thường từ thông do nó sinh ra khử được phản ứng phần ứng và độ sụt áp ở điện trở cuộn dây do đó đặc tính ngoài trong trường hợp này rất cứng [đường 1 trên hình 2.12b]. Khi dòng tải tăng vượt giá trị dòng định mức, khả năng khử phản ứng phần ứng của cuộn nối tiếp giảm do máy bị bão hòa, nên stđ của máy giảm dẫn đến điện áp trên trụ đấu dây giảm. U I 0 b] Hình 2.11 Máy phát một chiều kích từ nối tiếp a]Sơ đồ, b]Đặc tính ngoài a] A I­ Rt¶i P Wkt V
• 38. điện áp trên tải không đổi người ta thường tính để cho stđ cuộn nối tiếp lớn hơn stđ pưpư tức là khử quá, ta có đặc tính ngoài trong trường hợp này là đường 2 [hình 2.12b]. Đặc tính ngoài của máy nối ngược rất mềm [đường 3, hình 2.12b]] 2.8. CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU LÀM VIỆC SONG SONG Hai máy phát điện một chiều cùng được nối vào lưới chung gọi là 2 máy phát làm việc song song. Hai máy phát làm việc song song tăng được công suất cấp cho tải và đảm bảo cấp năng lượng cho tải liên tục. Khi hai máy phát làm việc song song, điện áp cấp cho tải không đổi nhưng dòng cấp cho tải tăng. Hai máy phát điện cũng có thể mắc nối tiếp với nhau, trong trường hợp này dòng điện không đổi nhưng điện áp lưới tăng. Ta ít gặp 2 máy phát làm việc nối tiếp, mà chủ yếu là chúng làm việc song song với nhau. Về nguyên tắc có thể cho n máy phát làm việc song song với nhau, song đều dựa trên nguyên tắc của 2 máy làm việc song song, do đó ta nghiên cứu các tính chất và phương pháp đưa 2 máy phát làm việc song song với nhau. 2.8.1. Hai máy phát kích từ song song làm việc song song: a. Điều kiện: Để đưa một máy phát vào làm việc song song với 1 máy phát khác, cần thoả mãn những điều kiện sau đây: Hình 2.12 Máy phát kích từ hỗn hợp a]Sơ đồ, b]Đặc tính ngoài Ikt Wkt Rp A I­ P Rt¶i A V Wkt a] U Uđ m Iđm Iư 2 1 3 b]
• 39. đúng cực tính - Sđđ của máy định đưa vào làm việc [II] phải bằng điện áp của máy phát đã làm việc [I]. Trên hình 2.13 biểu diễn sơ đồ đưa máy phát II vào làm việc song song với máy phát I. b. Cách thực hiện Dùng động cơ lai máy phát II với tốc độ cần thiết, nhưng chưa kích từ, đóng một cực máy phát II vào lưới [ví dụ cực phải], lúc này von mét V sẽ chỉ cho ta hiệu điện áp của lưới và máy phát II. Bây giờ kích từ cho máy phát II. Nếu cực tính đấu đúng thì von mét V chỉ cho ta giá trị U-E0II. Khi V chỉ số 0, đóng cực còn lại vào lưới, ta đã đưa xong một máy phát vào làm việc song song với máy phát khác. Sau khi đóng máy II vào lưới II, dòng của máy II bằng 0 vì 0 R U E I tII oII II    c. Phân tải và chuyển tải máy phát: Để bắt máy II chịu tải ta tăng tốc độ hoặc tăng dòng kích từ của máy II. Hai cách này thực chất là tăng lượng nhiên liệu đưa vào máy lai. Thật - a] hình 2.13 Hai máy phát làm việc song song a] Sơ đồ, b] Đặc tính ngoài CM-Bộ chuyển mạch A A A A A V FI FII P1 P2 U + - Rtải + + - - II III CM II III Iđm U U0 Uđm b] 1 2
• 40. dòng kích từ máy II, làm cho dòng của máy II tăng lên, mômen cản trên trục máy phát tăng, nếu máy lai không có bộ điều tốc thì tốc độ máy lai giảm, để giữ tốc độ không đổi ta phải tăng lượng dầu vào máy. Nếu động cơ có hộp điều tốc thì tốc độ máy phát không đổi, do tác động của bộ điều tốc tăng lượng dầu đưa vào động cơ lai. Muốn để 2 máy phát có công suất như nhau, tải bằng nhau hoặc tải tỷ lệ đối với công suất của các máy thì đặc tính ngoài của 2 máy vẽ ở hệ trục tương đối phải trùng nhau. Nếu 2 đặc tính không trùng nhau thì máy có đặc tính cứng chịu tải nhiều hơn [hình 2.13b]. Người ta đã chứng minh được rằng với một điện trở tải nhất định thì khi tăng dòng kích từ của máy này dẫn đến sự thay đổi dòng tải của cả 2 máy. Vậy nếu muốn chuyển tải của máy phát thì phải tăng kích từ của máy làm việc và giảm kích từ của máy định cắt ra cho tới khi dòng của nó bằng 0. Nếu ta giảm quá, xảy ra hiện tượng U- E < 0 dòng chạy từ máy làm việc sang máy định cắt ra [ví dụ máy I]. Máy I chuyển sang làm việc ở chế độ động cơ, bây giờ 2 mômen tác động lên một trục có cùng chiều nên nguy hiểm cho máy I. Vì vậy để đề phòng người ta đặt rơle chống dòng điện ngược. Khi có hiện tượng dòng chạy ngược, máy được ngắt ra. 2.8.2 Các máy phát hỗn hợp làm việc song song: Sơ đồ nguyên lý làm việc song song của 2 máy phát kích từ hỗn hợp biểu diễn ở hình 2.14. Sự khác nhau của hệ thống này so với hệ thống trước là: ở hệ thống này có dây cân bằng nhằm đảm bảo để 2 máy phát cùng làm việc ổn định. Sở dĩ phải dùng dây cân bằng và phải nối đúng vì nếu không nối dây cân bằng, một máy phát ví dụ II do một lý do nào đó dòng tải tăng lên, khi dòng tải tăng thì từ thông của cuộn nối tiếp tăng dẫn tới E0II tăng làm cho IưII tăng..., cứ thế có thể dẫn tới máy II cướp hết tải của máy I và hơn thế nữa máy I có thể trở thành động cơ, nhận năng lượng từ máy II. Máy II sẽ bị quá tải, chế độ làm việc song song bị phá vỡ. Nếu bây giờ ta nối 2 điểm 1, 2 bằng 1 dây dẫn [dây cân bằng] thì điện áp trên 2 cuộn kích từ luôn bằng nhau, nên nếu dòng III tăng lên thì điện áp trên cuộn kích từ máy I cũng tăng làm cho II tăng. Như vậy ta thấy với nối cân bằng sự nhiễu loạn của máy này được chuyển sang máy kia và cứ thế 2 máy vẫn giữ được song song với nhau. Chú ý: không được nối cân bằng vào điểm 3 và 4.
• 41. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Động cơ điện một chiều được phân loại theo kích từ thành những loại sau: - Kích từ độc lập - Kích từ song song - Kích từ nối tiếp - Kích từ hỗn hợp 2.10. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SĐĐ CỦA ĐỘNG CƠ Khi đưa một máy điện một chiều đã kích từ vào lưới điện hình 2.15 thì trong cuộn phần ứng sẽ chạy 1 dòng điện, dòng điện này sẽ tác động với từ trường sinh ra lực, chiều của nó xác định bằng quy tắc bàn tay trái, và tạo ra mômen điện từ làm cho rôto quay với tốc độ n. Trong cuộn dây sẽ xuất hiện sđđ cảm ứng Eư = Cen, ở chế độ quá độ [khi n và dòng Iư thay đổi] ta có phương trình sau: F1 + - W1 + - Nối cân bằng Rtải a] F2 + - W2 Ikt1 Ikt2 Wkt1 Wkt2 I Dây nối cân bằng Dây cực âm 1 2 b] Hình 2.14 Hai máy phát một chiều kích từ hỗn hợp làm việc song song
• 42. [2.11] Hoặc: t a R i di L e U - - - dt    [1.12] Ở chế độ ổn định [n = const, Iư = const] ta có: U = Eư + Iư Rt [2.13] Kết hợp với công thức [2.2] ta viết: U = Eư  Iư Rt [2.14] Trong dấu “-“ cho máy phát, dấu “+” cho động cơ. 2.11. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.11.1. Đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập và song song . Đặc tính cơ là mối quan hệ hàm giữa tốc độ và mômen điện từ n = f[M] khi Ikt = const. Hình 2.16 Động cơ điện một chiều kích từ song song: a]Sơ đồ, b]Đặc tính cơ Mđm n0 M n b] n U a] Rp Hình 2.15 Giải thích nguyên lý động cơ điện một chiều n N S A. H Hướng dòng điện +  U
• 43. quan hệ này ta dựa vào hình 2.16 và các phương trình [2.14], [2.4], [2.5]. Dòng kích từ được xác định bằng: i k và ; kt 1    kt kt kt R U I Thay [11.40] vào [14.4] rồi rút n ra ta có:     e t e C R I C U n - [2.15] Rút Iư từ [13.5] thay vào [14.5] ta được: 2 m e t e C C MR C U n     [2.15a] Do Ikt = const nên  = const ta được phương trình: n = n0 – BM. [2.16] Trong đó:   e 0 C U n - gọi là tốc độ không tải, còn 2 m e t C C R B   Về mặt toán học đây là 1 đường thẳng [hình 2.16b], song trong máy điện chi phối tính chất của máy còn do các hiện tượng vật lý. Thật vậy, khi tải tăng do phản ứng phần ứng làm cho từ thông chính của máy giảm đi đặc tính cơ hơi biến dạng. Nếu động cơ có điện trở điều chỉnh ở mạch phẩn ứng thì giá trị của hằng số như sau: B = [Rt + Rđc]/CeCm2 . 2.11.2. Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp. Đó là mối quan hệ n = f[M] với U = Uđm, Rđc = const. Sơ đồ động cơ kích từ nói tiếp biểu diễn trên hình 2.17 Từ công thức [2.13] ta có: Hình 2.17 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: a]Sơ đồ, b]Đặc tính cơ Iđm n I nđm 0,25Iđm n’ 0 b] M 0 I c] a] U Rđc
• 44. kích từ nối tiếp Ikt = Iư. Ta xét 2 trường hợp: a.Khi 0 < Iư < Iđm – máy chưa bão hoà, trong trường hợp này ta có  = KIư. Vậy M = CmKIưIư = CmIư 2 do đó: Iư = Cm M Thay vào biểu thức [3.7] ta có: M KC C R R M C M KC C U KI C R R M C U n m e dc t m m e u e dc t m ] [ ] [       Hay: B M A K C R R M KC C U n e dc t m e      Trong đó K C R R B KC C U A e dc t m e    ; ' ; Như vậy trong phạm vi dòng tải nhỏ hơn hoặc bằng dòng định mức, đặc tính có dạng hypebol. b.Khi Iư > Iđm, máy bão hoà, đặc tính cơ không trùng với đường hypebol nữa [đường nét đứt ở hình 3.3b]. Sự thay đổi tốc độ bình thường đối với động cơ nối tiếp xác định theo biểu thức: nđm= dm dm n n n  ' 100% Trong đó n’-tốc độ quay của động cơ khi tải thay đổi từ định mức tới 25% Qua phân tích trên đây ta thấy đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp không có tốc độ không tải. Khi tải giảm quá mức, tốc độ động cơ tăng đột ngột vì vậy không được để động cơ mắc nối tiếp làm việc không tải, trong thực tế không được cho động cơ nối tiếp chạy bằng dây cu-roa. 2.11.3. Đặc tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp
• 45. diễn động cơ kích từ hỗn hợp và đặc tính cơ của nó. Động cơ gồm 2 cuộn kích từ: cuộn nối tiếp và cuộn song song. Đặc tính cơ của động cơ này giống như đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp hoặc song song phục thuộc vào cuộn kích từ nào giữ vai trò quyết định. Ở động cơ nối thuận, stđ của 2 cuộn dây cùng chiều nhưng giữ vai trò chủ yếu là cuộn song song. So sánh đặc tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp với nối tiếp ta thấy ở động cơ kích từ hỗn hợp có tốc độ không tải [kho không tải từ thông nối tiếp bằng không nhưng từ thông kích từ song song khác khác không nên có tốc độ không tải] khi dòng tải tăng lên, từ thông cuộn nối tiếp tác động, đặc tính cơ mang tính chất động cơ nối tiếp Trên hình 2.18b biểu diễn đặc tính n=f[I] của động cơ kích từ song song [đường 1], của động cơ kích từ nối tiếp [đường 2], của động cơ kích từ hỗn hợp nối thuận [đường 3] và đặc tính của động cơ kích từ nối tiếp nối ngược [đường 4] để chúng ta dễ so sánh. Còn hình 2.18c là đặc tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp. 2.12. KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Khởi động động cơ là quá trình đưa động cơ từ trạng thái nghỉ [n=0] tới tốc độ làm việc. Chúng ta có các phương pháp khởi động sau: a.Khởi động trực tiếp Đây là phương pháp đóng động cơ trực tiếp vào lưới điện, không qua một thiết bị phụ nào. Dòng khởi động được xác định bằng công thức: t dm kd R U I  [2.18] Hình 2.18 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: a]Sơ đồ, b,c] Đặc tính cơ n0 b] Iđm n 0 1 2 3 4 a] U W1 W2 n M 0 I c] n0
• 46. nên Ikđ có giá trị rất lớn, đạt [1030]Iđm. Sự tăng dòng đột ngột làm xuất hiện tia lửa ở cổ góp, xuất hiện xung cơ học và làm sụt điện áp lưới. Phương pháp này hầu như không được sử dụng. b.Khởi động dùng điện trở khởi động Người ta đưa vào rôto một điện trở có khả năng điều chỉnh và gọi là điện trở khởi động [hình 2.19a]. Dòng khởi động bây giờ có giá trị: ] R R [ U I kd t dm kd   [2.18a] Điện trở khởi động phải được ngắt dần ra theo sự tăng của tốc độ. Nấc khởi động thứ nhất phải chọn sao cho dòng phần ứng không lớn quá và mômen khởi động không nhỏ quá. Việc lựa chọn số nấc điện trở được trình bày ở các sách về truyền động điện. Khi có cùng dòng phần ứng thì động cơ kích từ nối tiếp có mômen khởi động lớn hơn động cơ kích từ song song. Lưu ý: Với các động cơ kích từ song song khi dùng điện trở khởi động phải nối sao cho cuộn kích từ trong mọi thời gian đều được cấp điện áp định mức, để đảm bảo  lớn nhất. Nếu trong mạch kích từ có điện trở điều chỉnh thì khi khởi động, để điện trở này ngắn mạch. Trên hình 2.19b biểu diễn đặc tính cơ của động cơ 1 chiều khởi động dùng điện trở khởi động [Khi chuyển từ nấc điện trở này sang nấc điện trở khác tốc độ động cơ không đổi]. 2.13. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 2.13.1. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ Từ biểu thức [3.5a] ta rút ra những phương pháp điều chỉnh tốc độ sau: a. Thay đổi điện áp nguồn nạp. b. Thay đổi điện trở mạch rôto. c. Thay đổi từ thông. 2.13.2. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp nguồn nạp. Hình 2.19 Động cơ điện một chiều kích từ song song: a]Sơ đồ, b]Đặc tính cơ U a] Rp Rkđ b] n n0 n Mc Mmin Mmax 0 M
• 47. thấy khi cho U = var thì var C U n e 0    , nếu Mc =const thì tốc độ n = var. Ta điều chỉnh được tốc độ động cơ. Khi điện áp nguồn cung cấp thay đổi, các đặc tính cơ song song với nhau. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp nguồn cung cấp chỉ điều chỉnh được theo chiều giảm tốc độ [vì mỗi cuộn dây đã được thiết kế với Uđm, không thể tăng điện áp đặt lên cuộn dây]. Song độ láng điều chỉnh lớn, còn phạm vi điều chỉnh hẹp.Ở hình 2.20 ta biểu diễn đặc tính cơ của động cơ khi U = var. 2.11.3. Điều chỉnh bằng thay đổi điện trở mạch rôto. Từ [2.7] ta ký hiệu n = M[Rt + Rđc] thì khi M = const mà thay đổi Rđc thì thay đổi được n [độ giảm tốc độ], tức là thay đổi được tốc độ động cơ. Trên hình 2.21 biểu diễn đặc tính cơ của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở rôto. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch phần ứng có những ưu khuyết điểm sau: Ưu điểm: Dễ thực hiện, vốn đầu tư ít, điều chỉnh tương đối láng Tuy nhiên phạm vi điều chỉnh hẹp và phụ thuộc vào tải [tải càng lớn phạm vi điều chỉnh càng rộng], không thực hiện được ở vùng gần tốc độ không M n U1 U2 U3 U1>U2>U3 0 Hình 2.20 Đặc tính cơ khi thay đổi điện áp nguồn cung cấp n n®m n0 Mc a M 0 n1 n2 b c d e R1+R2 R1 R1+R2=0 Hình 2.21 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện trở mạch rô to
• 48. có tổn hao lớn. Người ta đã chứng minh rằng để giảm 50% tốc độ định mức thì tổn hao trên điện trở điều chỉnh chiếm 50% công suất đưa vào. Điện trở điều chỉnh tốc độ có chế độ làm việc lâu dài nên không dùng điện trở khởi động [làm việc ở chế độ ngắn hạn] để làm điện trở điều chỉnh tốc độ. 2.13.3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông. Từ biểu thức:    e t C R I U n - [2.19] Khi M, U = const,  = var [thayđổi dòng kích từ] thì n tăng lên. Thậy vậy khi giảm từ thông  dòng điện ở rôto tăng nhưng không làm cho tử số biểu thức [3.9] thay đổi nhiều vì độ giảm điện áp ở Rt chỉ chiếm vài % của điện áp U nên khi từ thông  giảm thì tốc độ tăng. Song nếu ta cứ tiếp tục giảm dòng kích từ thì tới một lúc nào đó tốc độ không được tăng được nữa. Sở dĩ như vậy vì mômen điện từ của động cơ cũng giảm. Phương pháp này chỉ dùng trong phạm vi khi từ thông giảm tốc độ còn tăng. Hình 2.22 biểu diễn đặc tính cơ khi  = var.Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông có những ưu khuyết điểm sau: Ưu điểm: Điều chỉnh tốc độ theo chiều tăng [từ tốc độ định mức], rất láng phạm vi điều chỉnh rộng, tổn hao điều chỉnh nhỏ, dễ thực hiện và kinh tế. Nhược điểm: Không điều chỉnh được tốc độ ở dưới tốc độ định mức. Do những ưu điểm trên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông thường được áp dụng hợp với những phương pháp khác nhằm tăng phạm vi điều chỉnh. Lưu ý: Không được giảm dòng kích từ tới giá trị không, vì lúc này máy chỉ còn từ dư, tốc độ tăng quá lớn gây nghuy hiểm cho các cấu trúc cơ khí của động cơ. Thường người ta thiết kế bộ điện trở điều chỉnh để không khi nào mạch từ bị hở. 2.13.4 Hệ thống máy phát động cơ Để tăng phạm vi điều chỉnh tốc độ, người ta dùng hệ thống máy phát động cơ điện một chiều [fình 2.23]. M n 1 2 3 1>2>3 0 Mc Hình 2.22 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi từ thông
• 49. này cả máy phát và động cơ đều là máy điện một chiều kích từ độc lập. Để thay đổi tốc độ, trong hệ thống máy phát-động cơ có thể áp dụng phương pháp điều chỉnh điện áp nguồn nạp [thay đổi kích từ máy phát], thay đổi điện trở mạch rôto động cơ và thay đổi từ thông kích từ động cơ. Hệ thống cho ta phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, điều chỉnh được cả 2 chiều tăng và giảm, có độ điều chỉnh rất láng. Tuy nhiên do sử dụng nhiều máy điện một chiều nên đầu tư cho hệ thống khá đắt tiền, do đó hệ thống truyền động điện máy phát động cơ chỉ sử dụng ở những nơi thật cần thiết theo chỉ tiêu chất lượng của hệ thống. Ngày nay máy phát điện một chiều được thay bằng bộ chỉnh lưu, xuất hiện hệ thống: van-động cơ. Hệ thống được cấp điện từ nguồn xoay chiều, có tính chất giốmg hệ máy phát động cơ nhưng rẻ và độ tin cậy cao hơn. 2.14. HÃM ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Hãm chúng ta nói ở đây là hàm bằng điện. Trong một hệ thống truyền động điện nếu chiều của mômen của động cơ lai trùng với chiều tốc độ quay ta có chế độ động cơ, còn nếu chiều của mômen và chiều tốc độ ngược nhau ta có chế độ hãm. Có 3 chế độ hãm: a. Hãm động năng, b. Hãm dòng điện ngược, c. Hãm trả năng lượng về nguồn. 1. Hãm động năng MF §C MC D i Wktmf Wkt® c Ikt Ikt + - a] Hình 2.23 Hệ trống truyền động điện máy phát-động cơ a] Sơ đồ, b]Đặc tính cơ khi thay đổi tốc độ M n 0 Mc nđm b] =var U=var
• 50. hãm động năng, phần ứng động cơ được ngắt khỏi lưới [tiếp điểm K mở ra, tiếp điểm K2 đóng lại] và nối qua điện trở hãm hình 2.24a.. Điện áp bây giờ U = 0, do có động năng, động cơ vẫn quay theo hướng cũ, dòng phản ứng được xác định: t t u R E R E U I - -     Như vậy dòng điện đổi chiều, mômen tạo ra do động cơ cũng đổi chiều, còn tốc độ vẫn theo chiều cũ, động cơ làm việc ở chế độ hãm. Phương trình tốc độ có dạng: 2 ] [  m e t C C R R M n h   Trên hình 2.24b đường 2 và 3 biểu diễn hãm ở chế độ động năng. Phương pháp hãm động năng thường được sử dụng để hãm động cơ tới dừng máy. n n®m n0 Mc A M 0 b c a C B d Hãm máy phát Hãm động năng Hãm nối ngược -n0 a] b ] Hình 2.24 Hãm điện ở động cơ điện một chiều a]Sơ đồ hãm động năng, b] Đặc tính cơ của động cơ một chiều ở các chế độ hãm 2 3 Wkt + - Ikt E­ IT Rt¶i K K K2 1 4 D
• 51. điện ngược. Người ta thực hiện bằng 2 cách: -Đưa điện trở hãm lớn vào mạch rôto khi trên trục động cơ có mômen thế năng. Khi đưa điện trở lớn vào mạch rôto dòng phần ứng giảm, mômen cản trên trục động cơ không đổi [ví dụ hạ hàng] lúc này tốc độ giảm cho tới điểm B đạt tốc độ bằng không. Dưới tác dụng của trọng lượng [hàng hoá] động cơ quay ngược, dòng không đổi chiều, mômen không đổi chiều nhưng tốc độ đổi hướng nên động cơ làm việc ở chế độ hãm [đoạn BC đặc tính 1 trên hình 2.24b], tới điểm e tốc độ rơi hàng có giá trị không đổi. -Đổi chiều điện áp nguồn cung cấp. Còn phương pháp thứ hai thực hiện bằng đổi chiều điện áp nguồn cung cấp, dòng rôto bây giờ có dạng: dc t dc t R R ] E U [ R R ] E U [ I         - - - Trong biểu thức này Rđc là điện trở thêm vào để hạn chế dòng hãm. Vì dòng Iư đổi chiều, mômen động cơ đổi chiều nhưng tốc độ chưa đổi chiều, động cơ làm việc ở chế độ hãm nối ngược. Trên hình 2.24b biểu diễn đặc tính cơ khi hãm nối ngược [đường 4, đoạn df]. Tới điểm D khi tốc độ động cơ n=0, muốn dừng máy phải ngắt động cơ ra khỏi lưới, nếu không động cơ bắt đầu quay theo hướng ngược và tăng tốc độ, động cơ làm việc ở chế độ động cơ với chiều quay ngược lại. Thực tế phương pháp hãm này xảy ra ở giai đoạn đầu khi đổi chiều tốc độ động cơ. 3. Hãm trả năng lượng về nguồn Do một nguyên nhân nào đó [ví dụ trong điều chỉnh tốc độ bằng giảm từ thông ta chuyển từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp] tốc độ rôto lớn hơn tốc độ không tải, lúc này Eư > U nên: t R E U I - a   < 0, dòng đổi hướng, mômen đổi hướng, tốc độ vẫn giữ nguyên chiều cũ, động cơ làm việc như máy phát, đưa năng lượng về nguồn. Ta gọi đó là chế độ hãm trả năng lượng về nguồn [hình 2024b]. Chế độ hãm này rất kinh tế nhưng không hãm tới dừng máy được, chỉ hãm được tới tốc độ không tải thôi. 2.15. Tổn hao và hiệu suất máy điện một chiều Trong máy điện có hai loại tổn hao: a. Tổn hao chính. b. Tổn hao phụ 1. Tổn hao chính gồm: tổn hao cơ [tổn hao ở ổ bi, ma sát ở cổ góp, ma sát với không khí,...]. Tổn hao sắt từ [tổn hao do từ trễ, tổn hao ở răng do sóng bậc cao,...]
• 52. trong cuộn rôto và stato, trong cuộn phụ, cuộn khử, trong mạch kích từ. Tổn hao ở điện trở tiếp xúc của chổi hay vành khuyên. 2. Tổn hao phụ: Xuất hiện trong lõi thép và trong đồng, nó gồm tổn hao dòng xoáy[dòng Fucco], tổn hao nối cân bằng, tổn hao do phân bố từ trường không đều, do mật độ ở dòng chổi không đều,...vv. Hiệu suất của máy tính như sau:     p P P 1 2 Trong đó p - tổng các loại tổn hao của máy. P1 - công suất vào, P2 - công suất ra KẾT LUẬN Trong chương 2 đã trình bày về máy phát dòng điện một chiều với các nội dung phân loại máy phát điện một chiều, các đặc tính của máy phát điện một chiều, làm việc song song của các máy phát điện mọt chiều. Ytong chương cũng trình bày động cơ điện một chieeug với các nội dung sau: đặc tính cơ của các loại động cơ điện mộ chiều, phương pháp khởi động, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều và các phương pháp hãm độg cơ điện một chiêug
• 53. CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN P-I, I-P, PID VÀ MỜ 3.1. Gới thiệu Động cơ DC được sử dụng trong các ngành công nghiệp nhiều hơn động cơ AC bởi vì nó đặc điểm tốc độ tuyệt vời. Nhiều kỹ thuật có sẵn để điều khiển tốc độ của động cơ DC. Các phương pháp đó là : 1. Điều khiển điện áp phần ứng 2. Điều khiển từ thông Bộ điều khiển được thiết kế cho các vòng kín của hệ thống cho kết quả tốt hơn. Ở đây bộ điều khiển P-I, I-P, PID được thiết kế bằng cách sử dụng phương pháp điều chỉnh Ziegler-Nichols. Sự khác biệt chính giữa bộ điều khiển P-I và I-P là trong bộ điềukhiển P-I hệ số khuyếch đạị tỷ lệ nằm trong đường dẫn truyền thẳng [feedforward] trong khi đó bộ điều khiển I-P, hệ số khuyếch đại tỷ lệ nằm trong đường phản hồi. Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp vì hiệu suất cao so với P-I và bộ điều khiển I-P. Có nhiều kỹ thuật để thiết kế bộ điều khiển PID . Phương pháp Ziegler-Nichols là một phương pháp cơ bản và đơn giản. Bộ điều khiển logic mờ bao gồm chủ yếu quy tắc cơ sở, quá trình mờ hóa, giải mờ. FLC chứa hai sai số vào, sai sô dạo hàm[sai số phatsinh] và một đầu ra. Chúng ta có thể thiết lập số lượng các quy tắc và các hàm thành viên theo theo yêu cầu của chúng ta. Nhược điểm chính của Bộ điều khiển P-I là nó có độ quá điều chỉnh cao. Đó là không mong muốn trong điều khiển tốc độ của động cơ DC. Ở bộ điều khiển I-P có giảm một chút. Nhưng nó không loại bỏ hoàn toàn được độ quá điều chỉnh. Do đó, chúng tôi đi đến bộ điều khiển PID là loại bộ điều khiển loại bỏ sự quá điều chỉnh nhưng thời gian đặt cho bộ điều khiển này lớn hơn một chút.
• 54. mờ giúp loại bỏ hoàn toàn độ quá điều chỉnh nhưng đặt thời gian cho bộ điều chỉnh này hơi nhỏ hơn so với bộ điều khiển PID. 3.2. Mô hình toán học của động cơ một chiều. Chúng ta nghiên cứu một động cơ DC kích từ độc lập như hể hiện trong hình dưới đây. Từ H.3.1 bằng sử dụng định luật Kiêc xốp chúng ta có thể nhận được phương trình cho mạch cảm ứng như sau: Hình-3.1: động cơ DC kích thích riêng trong đó: V = điện áp đặt I = dòng điện phần ứng E = sức phản điện động L = độ tự cảm phần ứng R = điện trở phần ứng Chúng ta có :
• 55. số sđđ 𝜃 = góc quay của rô to W = tốc độ góc Từ phương trình [1] và [2], chúng ta nhận được Đối với hoạt động bình thường, phương trình mô-men điện từ được đưa ra bởi Ở đây T = mô-men điện từ động cơ 𝑇𝐿 = mô-men tải J = mô men quán tính rôto B = hệ số ma sát Chúng ta có: T= 𝐾𝑡I và khi không tải TL=0 , thay 𝑇𝐿 = 0 vào phương trình [4] Biến đổi Laplace cho phương trình [3] và [5] Từ phương trình [6] và [7] chúng ta có thể nhận được hàm truyền của động cơ DC như sau, Và chúng ta có: Từ các phương trình [6,7,8] ta có sơ đồ khối của động cơ một chiều như sau: