Nghiên cứu xây dựng mô hình hãm động năng động cơ dị bộ ba giai đoạn có hiệu suất cao

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP HÃM 1.1.MỞ ĐẦU 1.2.CẤU TẠO 1.2.1.Cấu tạo Stator 1.2.2 Cấu tạo rotor 1.3.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ 1.4.PHƢƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ[2] 1.5.CÁC PHƢƠNG PHÁP HÃM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ[2] 10 1.5.1.Hãm tái sinh 10 1.5.2.Hãm ngƣợc 11 1.5.3.Hãm động 13 CHƢƠNG HÃM ĐỘNG NĂNG BA GIAI ĐOẠN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 18 2.1 MỞ ĐẦU 18 2.2.HỆ THỐNG HÃM ĐỘNG NĂNG BA GIAI ĐOẠN 18 2.2.1.Sơ đồ hệ thống 18 2.2.2.Nguyên lý hoạt động 19 2.3.VI ĐIỀU KHIỂN 8051 20 2.3.1.Các đặc điểm 8051 20 2.3.2.Cấu trúc vi điều khiển 8051 20 2.3.3 Chức chân vi điều khiển 22 2.3.4 Cấu trúc bên vi điều khiển 25 CHƢƠNG THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG HÃM ĐỘNG NĂNG BA GIAI ĐOẠN 34 download by : skknchat@gmail.com 3.1 THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN 34 3.1.1 Mạch nguồn 5V 34 3.1.2 Mạch nguồn 24V 35 3.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN 36 3.2.1 Tính chọn tụ tự kích nguồn chiều [11] 36 3.2.2 Thiết kế mạch động lực điều khiển 47 3.3 SƠ ĐỒ THUẬT TỐN VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 49 3.3.1 Sơ đồ thuật toán 49 3.3.2 Chƣơng trình điều khiển 50 3.4 KẾT QUẢ 52 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 download by : skknchat@gmail.com LỜI NĨI ĐẦU Trong q trình sản xuất cơng trình xây dựng đại, hệ thống truyền động điện đƣợc quan tâm nghiên cứu để nâng cao chất lƣợng sản phẩm Khi nói đến truyền động điện ngƣời ta quan tâm động điện việc phanh hãm động điện cách nhanh chóng phù hợp với yêu cầu hệ thống trình hoạt động xảy cố Do có nhiều ƣu điểm kinh tế lẫn kỹ thuật nên động không đồng ngày đƣợc sử dụng phổ biến công nghiệp nhƣ đời sống sinh hoạt hàng ngày Vì việc hãm động không đồng vấn đề quan trọng Xuất phát từ vấn đề khuôn khổ đồ án tốt nghiệp em đƣợc giao đề tài:” Nghiên cứu xây dựng mô hình hãm động động dị ba giai đoạn có hiệu suất cao” Nội dung đồ án bao gồm ba chƣơng: Chƣơng 1: Động không đồng phƣơng pháp hãm Chƣơng 2: Hãm động ba giai đoạn động không đồng Chƣơng 3: Thiết kế lắp ráp hệ thống hãm động ba giai đoạn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn, bạn lớp giáo viên hƣớng dẫn GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn giúp đỡ em nhiều trình làm đồ án download by : skknchat@gmail.com CHƢƠNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP HÃM 1.1 MỞ ĐẦU Động điện không đồng (dị bộ) đƣợc sử dụng rộng rãi thực tế Có thể loại pha, hai pha ba pha nhƣng phần lớn sử dụng máy điện dị ba pha Cơng suất từ vài KW hàng trăm KW có điện áp từ 100V đến 6000V Ƣu điểm bật loại động là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt động rotor lồng sóc; so với động chiều động khơng đồng có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắn Ngồi động khơng đồng dùng trực tiếp lƣới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo Nhƣợc điểm động không đồng điều chỉnh tốc độ khống chế trình q độ khó khăn, riêng động rotor lồng sóc có tiêu khởi động xấu 1.2 CẤU TẠO Máy điện quay nói chung máy điện khơng đồng nói riêng gồm hai phần bản: phần quay (rotor) phần tĩnh (stator) Khoảng cách phần tĩnh phần quay khe hở khơng khí.[1] 1.2.1 Cấu tạo Stator Stator gồm hai phần bản: mạch từ mạch điện download by : skknchat@gmail.com a stato b Roto cuôn dây stato Hình 1.1: Cấu tạo động khơng đồng bộ.[1] a Mạch từ: Mạch từ stator đƣợc ghép thép kỹ thuật điện có chiều dày khoảng 0,3-0,5mm, đƣợc cách điện để chống dòng fuco Lá thép stator có dạng hình trịn phía đƣợc xẻ rãnh Để giảm dao động từ thông, số rãnh stator rotor không đƣợc Mạch từ đƣợc đặt vỏ máy Ở máy có cơng suất lớn, lõi thép đƣợc chia thành phần đƣợc ghép lại với thành hình trụ thép nhằm tăng khả làm mát cho mạch từ Vỏ máy đƣợc làm gang đúc chắn, vỏ máy có thêm đƣờng gân tản nhiệt để tăng diện tích tản nhiệt Tùy theo yêu cầu mà vỏ máy có đế gắn vào bệ máy hay lên sàn nhà vị trí làm việc, động cơng suất lớn đỉnh có gắn thêm móc giúp di chuyển thuận tiên Ngồi máy cịn có nắp máy, nắp máy có giá đỡ ổ bi Trên vỏ máy có hộp đấu dây bảng ghi thông tin chi tiết động b Mạch điện: Mạch điện dây quấn làm dây dẫn điện đƣợc bọc cách điện đặt rãnh lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha chạy ba dây quấn ba pha stator tạo từ trƣờng quay Dây quấn bap nối tam giác.[1] 1.2.2 Cấu tạo rotor a Mạch từ: Cũng giống nhƣ mạch từ stator, mạch từ rotor gồm thép kỹ thuật điện đƣợc cách điện với đƣợc dập rãnh mặt ghép lại, tạo thành download by : skknchat@gmail.com rãnh theo hƣớng trục, có lỗ để gá lắp trục Rãnh rotor song song với trục nghiêng góc định nhằm giảm dao động từ thơng loại trừ số sóng bậc cao Ở máy có cơng suất lớn rotor cịn đƣợc đục rãnh thơng gió dọc thân rotor b Mạch điện: Mạch điện rotor máy điện không đồng thƣờng có hai kiểu: rotor lồng sóc (rotor ngắn mạch) rotor dây quấn Rotor lồng sóc rãnh lõi thép rotor đặt đồng (hoặc nhôm), đồng thƣờng đƣợc đặt nghiêng so với trục, hai đầu nối ngắn mạch hai vòng đồng (hoặc nhôm) tạo thành lồng Rotor dây quấn gồm lõi thép dây quấn Lõi thép thép kỹ thuật điện ghép lại tạo thành rãnh hƣớng trục Trong rãnh lõi thép rotor đặt dây quấn ba pha Dây quấn thƣờng đƣợc nối sao, ba đầu nối với ba đầu tiếp xúc đồng (vành trƣợt), đƣợc nối với ba biến trở để điều chỉnh tốc độ mở máy.[1] 1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Để xét nguyên lý làm việc máy điện dị bộ, ta lấy mô hình máy điện ba pha gồm ba cuộn dây đặt cách chu vi máy điện góc 1200, rotor cuộn dây ngắn mạch Khi cung cấp vào ba cuộn dây ba dòng điện hệ thống điện ba pha có tần số f1 máy điện sinh từ trƣờng quay với tốc độ 60f1/p Từ trƣờng cắt dẫn rô to stato, sinh cuộn stato sđđ tự cảm e1 cuộn dây rơ to sđđ cảm ứng e2 có giá trị hiệu dụng nhƣ sau: E1 = 4,44W1Φ1f1kcd1 (1.1) E2 = 4,44W2Φ2f2kcd (1.2) Do cuộn rơ to kín mạch, nên có dịng điện chạy dẫn cuộn dây Sự tác động tƣơng hỗ dòng điện chạy dây dẫn rotor từ trƣờng, sinh lực ngẫu lực (hai dẫn nằm cách download by : skknchat@gmail.com đƣờng kính rotor) nên tạo mơ men quay Mơ men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại tăng từ thơng móc vịng với cuộn dây [1] N n1 n S F Hình1.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động động khơng đồng Nhƣng stato gắn chặt cịn rotor lại treo ổ bi, rotor phải quay với tốc độ n theo chiều quay từ trƣờng Tuy nhiên tốc độ tốc độ quay từ trƣờng, n = ntt từ trƣờng khơng cắt dẫn nữa, khơng có sđđ cảm ứng, E2= dẫn đến I2 = momen quay khơng, rotor quay chậm lại, rotor chậm lại từ trƣờng lại cắt dẫn, nên có sđđ, có dịng momen nên rotor lại quay Do tốc độ quay rotor khác tốc độ quay từ trƣờng nên xuất độ trƣợt đƣợc định nghĩa nhƣ sau: s= ntt n 100% ntt (1.3) Do tốc độ quay rotor có dạng: n = ntt(1 – s) (1.4) Do n # ntt nên (ntt - n) tốc độ cắt dẫn rotor từ trƣờng quay Vậy tần số biến thiên sđđ cảm ứng rotor biểu diễn bởi: f2 = n tt n p 60 n tt n tt n p n tt 60 n tt p n tt n 60 n tt sf1 download by : skknchat@gmail.com (1.5) Khi rotor có dịng I2, sinh từ trƣờng quay với tốc độ: n tt 60f p 60sf1 n tt sn tt (1.6) So với điểm không chuyển động stato, từ trƣờng quay với tốc độ: ntt2s = ntt2 + n = s.ntt + n = s.ntt + ntt (1-s) = ntt (1.7) Nhƣ so với stato, từ trƣờng quay rotor có giá trị với tốc độ quay từ trƣờng stato 1.4 PHƢƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ[2] Để thành lập phƣơng trình đặc tính động không đồng ta dựa vào sơ đồ thay với giả thiết sau: - Ba pha động đối xứng - Các thông số động không đổi nghĩa không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở rotor không phụ thuộc vào tần số dịng điện rotor, mạch từ khơng bão hịa nên điện kháng X1, X2 khơng đổi - Tổng dẫn mạch từ hóa khơng thay đổi, dịng điện từ hóa khơng phụ thuộc vào tải mà phụ thuộc điện áp đặt vào stator động - Bỏ qua tổn thất ma sát, tổn thất lõi thép - Điện áp lƣới hoàn toàn sin đối xứng ba pha Hình 1.3: Sơ đồ thay pha động khơng đồng Trong đó: Uf1 : Trị số hiệu dụng điện áp pha stator download by : skknchat@gmail.com I1, I 2/ , I : Dòng stator, dòng điện rotor quy đổi stator dịng điện từ hóa R1, R , R2/ : Các điện trở tác dụng cuộn dây stator, mạch từ hóa rotor quy đổi stator Xµ, X1δ, X2δ: Điện kháng mạch từ hóa, điện kháng tản stator điện kháng tản rotor quy đổi stator Phƣơng trình đặc tính động khơng đồng bộ: M= 3U 2f R2/ R2/ s s R1 (1.8) X nm Độ trƣợt tới hạn sth = R2/ R12 (1.9) X nm Momen tới hạn Mth = 3U 2f R1 R12 (1.10) X nm Dấu (+) ứng với trạng thái động dấu (-) ứng với trạng thái máy phát n n0 ndm S th M dm Mnm Mth M Hình 1.4: Đặc tính động khơng đồng download by : skknchat@gmail.com 1.5 CÁC PHƢƠNG PHÁP HÃM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ[2] Động điện khơng đồng có ba phƣơng pháp hãm bản: 1.5.1 Hãm tái sinh Hãm tái sinh xảy khi: - Nguồn cung cấp có tần số cố định (tải năng): Động dƣới tác dụng tải làm quay nhanh tốc độ đồng từ trƣờng quay nguồn AC cung cấp Đặc tính ω(M) cho biết động làm việc chế độ máy phát, đƣợc biến thành điện trả nguồn Moment hãm có tác dụng giữ cho vận tốc động không tăng lên giá trị xác định dừng động - Nguồn cung cấp có tần số điều chỉnh đƣợc: Những động không đồng điều chỉnh tốc độ phƣơng pháp thay đổi tần số số đôi cực giảm tốc độ thực hãm tái sinh Bằng cách điều chỉnh tần số nguồn thấp vận tốc làm việc động cơ, động chuyển sang chế độ hãm tái sinh đặc tính làm việc Do tần số nguồn điều chỉnh đến triệt tiêu nên phƣơng pháp dùng để hãm Điều kiện để hoạt động nguồn phải điều chỉnh tần số đƣợc (biến tần) nguồn phải có chức nhận lƣợng từ tải đƣa ngƣợc Độ trƣợt xảy hãm tái sinh: (1.11) Moment hãm tái sinh: (1.12) 10 download by : skknchat@gmail.com ... tài:” Nghiên cứu xây dựng mô hình hãm động động dị ba giai đoạn có hiệu suất cao? ?? Nội dung đồ án bao gồm ba chƣơng: Chƣơng 1: Động không đồng phƣơng pháp hãm Chƣơng 2: Hãm động ba giai đoạn động. .. HÃM ĐỘNG NĂNG BA GIAI ĐOẠN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 2.1 MỞ ĐẦU Việc phát triển hệ thống phanh hiệu cho động cảm ứng ba pha sử dụng công nghiệp đề tài liên tục đƣợc nghiên cứu phát triển năm qua Hãm. .. làm hai trƣờng hợp: a) Hãm động kích từ độc lập: Hình 1.8.a) Sơ đồ ngun lý động có dị hãm động kích từ độc lập b) Nguyên lý tạo moment hãm động động dị Khi cắt stator động không đồng khỏi lƣới