Đồ án Môn tự động hóa

Đồ án Mơn tự động hóa Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố LỜI NĨI ĐẦU Ngày sống hàng ngày thường xuyên gặp hệ truyền động điện nơi đâu Như nhà máy xí nghiệp phương tiện lao động, máy bào , máy doa Trong sống hàng ngày cần sử dụng nhiều thang máy Như nói truyền động điện khẳng định vai trị sống lao động sản xuất Do phát triển ngày mạnh mẽ kỹ thuật điện tử tin học nên hệ truyền động điện có bước phát triển nhảy vọt Việc ứng dụng tin học kỹ thuật điện tử với thiết bị đại lập trình PLC, CNC, cảm ứng điện tử Thyristor điều khiển vào hệ truyền động điện làm cho hệ truyền động điện ngày có ưu điểm bật so với hệ truyền động cũ : Dải điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao, gọn nhẹ khả tự động hoá cao Ở nước ta u cầu cơng nghiệp hố, đại hố đất nước nên ngày xuất nhiều dây truyền sản xuất có mức độ tự động hố cao với hệ truyền động đại Việc xuất hệ truyền động đại thúc đẩy phát triển, nghiên cứu, đào tạo ngành tự động hoá nước ta tiếp thu khoa học kỹ thuật đại nhằm tạo hệ truyền động mớivà hoàn thiện hệ truyền động cũ Trong trình làm đồ án tốt nghiệp đề tài em giao xây dựng đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Đây đề tài có tính thực tiễn -1- Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố cao máy điện chiều sử dụng nhiều thực tế sống Trong trình làm đồ án em dẫn tận tình thầy mơn tự động hố xí nghiệp cơng nghiệp, trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt thầy giáo hướng dẫn Đinh Xuân Bái.Thầy giupc cho em hiểu nắm vững vê động điện chiều.Và dã giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Sinh viên CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU -2- Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố Trong ngành sản xuất nay,các công nghệ tiên tiến,các dây truyền thiết bị hiên đại đac thâm nhập vào nước ta.Vớí sách mở cửa đảng nhà nước,chắc chắn kỹ thuật tiên tiến giới ngày thâm nhập vào Việt Nam.tác dụng công nghệ dây truyền, thiết bị đại góp phần tích cực thúc đẩy nghiệp cơng nghiệp hố đại hố.Các máy điện đại lĩnh vực đa phần hoạt động nhờ vào điện thông qua thiết bị chuyển đổi điện thành năng, nhiệt cá dây truyền đại , thiết bị máy móc khác muốn hoạt động, vận hành khơng thể khơng kể đến động điện.Đặc biệt báo cáo em muốn đề cập sâu động điện chiều Trong nhiều máy móc cần đến loại động điện chiều với mức công suất to nhỏ khác phù hợp với chức hoạt động Động điện chiều dùng để biến đổi điện thành hay thành điện (khi hãm) Trong động điện có nhiều loại khác như: Động điện xoay chiều ba pha không đồng Rotor lồng sóc hay dây quấn, động điện xoay chiều ba pha có cổ góp Động điện chiều co loại: +Động điện chiều kích từ độc lập +Động điện chiều kích từ song song +Động đện chiều kích từ nối tiếp +Động điện chiều kích từ hỗn hợp hay kích từ băbf na châm vĩnh cửu Nói tóm lại động điện chiều sử dụng rộng rãi phổ biến dây truyền thiết bị,các cấu vận hành thang máy,máy nâng Nó có vai trị quan trọng cần thiết q trình cơng nghiệp hố đại hố đất -3- Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố nước ta nay.Với cấu tạo khơng q phức tạp khó khăn cho chung ta chế tạovà sửa chữa nó.Góp phần cải thiện sống, sức lao động người nói chung nhân dân Việt Nam ta nói riêng I - NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Khi đặt vào từ trường dây dẫn cho dịng điện chạy qua dây dẫn từ trường tác dụng lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) làm dây dẫn chuyển động.Chiều từ lực xác định quay tắc bà tay trái.Động điện nói chung động điện chiều nói riêng chúng hoatj đơng theo quy tắc * ) Cấu tạo chung động điện chiều: ) Cấu tạo : Cấu tạo động điện chiều gồm phần phần tĩnh ( Stator ) phần động ( Rotor ) A ) Phần tĩnh gồm có : a ) Cực từ : Cực từ phần sinh từ trường gồm có lõi sắt cuộn dây : Lõi sắt cực từ làm từ thép kỹ thuật thép cacbon dầy : 0,5 41 mm ép lại với tán chặt thành khối cực từ gắn vào vỏ máy bulông Một cặp cực từ (đôi cực) gồm hai cực nam - bắc đặt đối xứng với qua trục động cơ, tuỳ theo động mà động có 1,2,3, máy điện nhỏ cực từ làm thép khối Dây quấn kích từ làm dây đồng có tiết diện trịn chữ nhật sơn cách điện quấn thành -4- Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá cuộn Các cuộn dây mắc nối tiếp với Các cuộn dây bọc cách điện cẩn thận trước đặt vào cực từ b ) Cực từ phụ : Cực từ phụ đặt cực từ để cải thiện tình trạng đổi chiều Cực từ phụ làm thép khối đặt cuộn dây quấn Dây quấn cực từ phụ tương tự dây quấn cực từ c ) Gông từ : Gông từ phần nối tiếp cực từ Đồng thời gông từ làm vỏ máy , từ thơng móc vịng qua cuộn dây khép kín chạy mạch từ Trong máy điện lớn gông từ làm thép đúc, máy điện nhỏ gông từ làm thép uốn lại thành hình trụ trịn hàn d ) Các phận khác : - ) Nắp máy : Nắp máy dùng để bảo vệ chi tiết máy tránh khơng cho vật bên ngồi rơi vào máy làm hỏng cuộn dây, mạch từ Đồng -5- Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố thời nắp máy để cách ly người sử dụng với phận máy động quay, có điện Ngồi nắp máy giá đỡ ổ bi trục động - ) Cơ cấu chổi than : Cơ cấu chổi than để đưa dịng điện từ ngồi vào máy động đưa dòng điện máy phát điện Cơ cấu chổi than gồm có chổi than làm từ than cacbon thường hình chữ nhật Hai chổi than đựng hộp chổi than ln tỳ lên hai vành góp nhờ lị xo Hộp chổi than thay đổi vị trí cho phù hợp B ) Phần quay : a ) Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường làm tôn Silic dầy 0,5mm có phủ lớp cách điện sau ép lại để giảm tổn hao dịng điện xốy Phucơ gây lên Trên thép có dập rãnh để ép lại tạo thành rãnh đặt cuộn dây phần ứng vào Lõi sắt hình trụ trịn ép cứng vào với trục tạo thành khối thống Trong máy điện cơng suất trung bình trở lên người ta thường dập rãnh để ép lại tạo thành lỗ thơng gió làm mát cuộn dây mạch từ -6- Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá b ) Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng sinh suất điện động có dòng điện chạy qua Trong máy điện nhỏ dây quấn phần ứng có tiết diện trịn, với động có cơng suất vừa lớn tiết diện dây hình chữ nhật Khi đặt dây quấn phần ứng vào rãnh Rotor người ta phải dùng nêm, chèn lên bề mặt cuộn dây, nêm nằm rãnh đặt cạnh dây quấn để tránh cho dây không bị văng dây chịu lực điện từ tác động c ) Cổ góp : Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến góp đồng ghép lại thành hình trụ trịn sau ép chặt vào trục Các phiến góp cách điện với mea đặt Đi phiến góp nhô cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, phiến góp có hàn đầu dây tạo thành cuộn dây phần ứng nối tiếp d ) Các phận khác : -7- Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá - ) Cánh quạt : Cánh quạt dùng để làm mát động Cánh quạt lắp trục động để hút gió từ ngồi qua khe hở nắp máy, động làm việc gió từ vào qua khe hở nắp máy , động làm việc gió hút vào làm nguội dây quấn, mạch từ - ) Trục máy : Trục máy làm loại thép cứng nhiều cacbon Trên trục máy đặt lõi thép phần ứng cổ góp Hai đầu trục máy gối lên vòng bi nắp máy * ) Nguyên lý làm việc động điện chiều : Từ trường động tạo nhờ cuộn dây có dịng điệnmột chiều chạy qua.Các cuộn dây gọi cuộn cảm (hay cuộn kích từ) quanh cực từ 4.Trên hình vẽ động điện chiều,stator động có đặt cuộn cảm nên stator gọi gọi phần cảm.từ trường cuộn cảm tạo tác dụng từ lực vào dây dẫn rotor đặt rãnh rotor có dịng điện chạy qua.Cuộn dây gọi cuộn ứng.Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua chổi than cổ góp 1.Rotor mang cuộn ứng nên gọi phần ứng động -8- Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố - Trong hình vẽ dây dẫn cuộn ứng nửa rotor có dịng điện hướng vào,còn dây dẫn nửa rotor có dịng điện hướng khỏi hình vẽ.Từ lực F tác dụng vào dây dẫn rotor có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái tạo mômen làm quay rotor ngược chiều kim đồng hồ.động có cực từ hay đơi cực (1 cặp cực, P=1) -9- Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố - Trong thời gian động làm việc,cuộn cảm tạo từ trường Φd dọc trục cực từ phân bố đối xứng với cực từ.Mặt phẳng OO có đặt chổi than, vừa mặt phẳng chung tính vật lý Đồng thời dòng điện cuộn ứng tạo từ trường riêng Φn hướng ngang trục cực từ Từ trường tổng cộng động tính chất đối xứng dọc trục (hình c) mặt phẳng trung tính vật lý quay góc Φ (ngược chiều quay rotor)so với mặt phẳng trung tính hình học - Khi mà dịng điện trung tính mạnh Φn mạnh góc quay β lớn.Khi ta nói phản ứng phần ứng mạnh - phản ứng phần ứng nguyên nhân gây tia lửa điện chổi than cổ góp góp cổp góp.Chúng ta hạn chế ảnh hưởng nhờ xoay chổi than theo vị trí mặt phảng trung tính vật lý.(tức theo góc β).Thơng thường động điện chiều nay, người ta thường thê cực từ phụ - Cực từ phụ đặt giũa cực từ cuộn dây cực từ phụ tạo từ trường ngang trục so cới từ trường ngược chiều với từ trường Φn - 10 - Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá cuộn ứng để khử từ trường Φn Nhờ phản ứng phần ứng bị hạn chế trình chuyển mạch động tốt - Bởi từ trường Φn gây phản ứng phần ứng tỉ lệ với dòng điện phần ứng Iưnên cuộn dây cực từ phụ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.Do dòng điện phần ứng tăng lên cuộn dây cực từ phụ sinh từ truờng ngược mạnh để khử từ trường Φn - Ngồi ra,biện pháp tăng khe hở khơng khí Stator rotor áp dụng.Cách dẫn đến tăng kích thước động phải tăng cường thêm cuộn kích từ khe hở khơng khí lớn làm yếu từ trường - Còn loại động điện chiều có cơng suất trung bình lớn biện pháp thêm cuộn dây bù đặt rãnh cực từ (Như hình vẽ) nhằm tạo từ thông Φb ngựoc chiều với Φn làm từ thông khe hở khơng khí khơng bị méo nữavà cuộn bù mắc nối tiếp với cuộn ứng - 11 - Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố - Trên ngun lý làm việc chung động điện nói chung động điện chiều nói riêng chúng hoạt động dựa theo nguyên lý này.Và với phương pháp để hạn chế nhược điểm động điện chiều với phương pháp nêu II - Động điện chiều kích từ độc lập song song - Trong động điện chiều gồm có bốn loại khác nhau.Và chương đề cập kỹ hai loại động điện chiều kích từ độc lập động điện chièu kích từ song song - Trước tiên cần hiểu phân biệt hai động điện chiều kích tư độc lập động điện chiều kích từ song song - Ở động điện chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (Cuộn ứng) Và nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn, mạch điện phần ứng mạch điện phần kích từ mắc vào hai nguồn điện chiều độc lập với nhau, lúc động gọi động điện chiều kích từ độc lập - 12 - Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố - Nếu cuộn kích từ cuộn ứng cấp điện nguồn điện động loại kích từ song song.Khi nguồn điện chiều có công suất vô lớn điện áp không đổi phần ứng phần kích từ thường mắc song song.Trong trường hợp mà nguồn điện có cơng suất lớn so với cơng suất động tính chất động tương tự động kích từ độc lập - Phương trình đặc tính : - Khi động làm việc rotor mang cuộn ứng quay từ trường cuộn cảm nên cuộn ứng lại xuất sức điện động cảm ứng (hay cịn gọi sức phản điện động).Có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ.Theo sơ đồ nối dây động chiều kích từ độc lập động chiều kích từ song song ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: U = E +IưRư Σ Trong đó: U: điện áp lưới (V) - 13 - Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố E: Sức điện động động (V) Iư::dòng điện phần ứng động (A) Rư Σ :Điện trở toànbộ mạch phần ứng (ς) Rư Σ = Rư +Rp Rp: Điện trở phụ mạch phần ứng (ς) Rư:Điện trở mạch phần ứng (ς) Rư = rư +rct+ rcb + rcp rư : Điện trở cuộn dây phần ứng rct : Điện trở tiếp xúc chổi than phiến góp rcb: Điện trở cuộn bù rcp:Điện trở cuộn phụ Sức điện động Eư phần ứng động dược xác định theo biểu thức: Eư = Trong PN Φw = kΦw (*)(*) 2πa P: Số đơi cực từ N:Thanh dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a: số đôi mạch nhán song song cuộn dây phàn ứng Φ :Từ thơng kích từ cực từ ω b ϖ: Tốc độ góc rad/s K= PN 2πa Hệ số cấu tạo động +Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì: Eư =KeΦn Và ϖ= n 2πn = 60 9,55 - 14 - Đồ án tốt nghiệp Vì Eư = Khoa điện – Bộ mơn tự động hố PN Φn 60a Ke = PN 60a Ke = k ≈ 0,105K 9,55 : Hệ số sức điện động động Từ phương trình (*)và (**) ta có: ϖ= Ru + R f Uu Iư KΦ KΦ (***) Biểu thức (***) phương trình đặc tính điện động Mặt khác mômen điện từ Mđt động xác định : Mđt = KΦIư Suy : Iư = M dt KΦ Thay giá trị Iư vào (***) ta phương trình : ϖ= Uu KΦ - Ru + R f ( KΦ) Mđt Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mômen trục động với mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa Mđt = Mcơ = M ϖ= Uu KΦ Ru + R f ( KΦ) M (****) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập - Giả sử phần ứng động dược bù đủ,từ thơng Φ =const, phương trình đặc tính điện(***) phương trình đặc tính (****) tuyến tính.Khi dồ thị chúng biểu diễn hình vẽ đường thẳng - 15 - Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố a Đặc tính điện động điện chiêu kích từ độc lập b.Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập - 16 - Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố Theo đồ thị Iư = M = ta có: ϖ= Uu KΦ = ϖ0 Khi ϖ0 tốc độ không tải lý tưởng động Cịn ϖ = ta có từ phương trình đặc tính động phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập.Ta có: Iư = U Ru + Rf = Inm M = KΦInm Và Inm, Mnm gọi dòng điện ngắn mạch momen ngắn mạch động Qua đồ thị đường đặc tính điện, đặc tính động chiều ta thấy đồ thị đường thẳng Nên phương trình đặc tính có dạng : ϖ= Uu KΦ Ru + R f ( KΦ) M hàm bậc y = Ax +B, nên đường biểu diễn hệ toạ độ M0 ω đường thẳng với độ dốc am.Đường đặc tính cắt trục tung o ω điểm có tung độ: ϖ= U KΦ - 17 - Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá Tốc dộ động ϖ0 tốc độ ứng với Mc = nghĩa khơng có lực cản cả.Đó tốc độ lớn động mà đạt ổ chế độ động khơng xảy trường hợp Mc = (do lực ma sát luôn tồn tai động quay)Vì ta nói ϖ0 gọi tốc độ khơng tải lý tưởng động Khi mà toàn thông số điện động định mức thiết kế không mắc thêm điện trở phụ vào mạch động Rư Σ = Rư phương trình đặc tính động viết là: ϖ= Uu KΦ RuΣ M ( KΦ) (*) Thì đường đặc tính lúc gọi đường đặc tính tự nhiên đường đặc tính tự nhiên biểu diễn hình vẽ: - 18 - Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ mơn tự động hố - Với đường đặc tính vậy.khi mà phụ tải động tăng dần từ Mc = đến Mc= Mđm ( Δ Mc = Mđm – 0) tốc độ động giảm dần từ xuống Φđm ( Δ ϖ=ϖ0 - ϖđm).Khi điểm A(ϖđm , Mđm) gọi điểm làm việc định mức động Phương trình : ϖ= Uu KΦ RuΣ M ( KΦ ) Và : ϖ= Uu KΦ dm Ru M (KΦ) Có thể viết dạng ϖ = ϖ0 - Δ ϖ với độ sụt dốc tỷ lệ với mômen tải: - 19 -