u.v n ed ui .lib ww w ed u.v n ui .lib -w ww lib -w ww ed ui n- u.v ww w lib ui ed n- u.v - ww w lib ui VŨ QUANG HỒI TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP NHÀ XUẤT GIÁO DỤC - 2011 ed u.v n u.v n ed ui .lib ww w ed u.v n ui .lib -w ww lib -w ww ed ui n- u.v ww w lib ui ed n- u.v ww w lib ui ed u.v n u.v n ed ui .ha ui ed u.v n- NHỮNG KHÁI NIỆM co BẢN VỂ MỘT HỆ THỐNG TRUYÌN ĐỘNG ĐIỆN ww w lib Chương w lib 1.1 HỆ 1’HỐNG T R U Y Ề N ĐỘNG ĐIỆN ww Truyền động lực cho máy, dây chuyền sản xuất mà dùng lượng điện gọi truyén động điện (TĐĐ) u.v ed ui .ha Vồ cấu trúc, HT TĐĐ nói chung, bao gổm khâu (hình 1): n- Một hệ thống truyền động điện (HT TĐĐ) tập hợp thiết bị dùng để biến đổi điên thành thiết bị dùng để điều khiển trình biến đổi ed u.v n -w ww lib / B ộ biến đổi: dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành chiều ngược lại),-" biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điộn), biến đổi số pha, biến đổi tẩn số lib ui Các biến đổi (BBĐ) thường dùng máy phát điện, hệ máy phát - động (hệ F - Đ), chỉnh lưu khơng điều khiển có điều khiển, biến tần (BBT) -w ww Đ ộng c điện: dùng để biến đổi điện thành hay thành điện (khi hãm điện) Các động điện thường dùng là: H Ì N H 1.1 Sa d cấ u tr úc HT T ĐĐ: L - lưới diện ; ƯJ - tín hiệù đ ặ t ; ưpi, - tín hi ệ u phẫn hổi : - biến đổi ; — đ ộ n g c điện ; ? - thiết bị truyền lực ; — c cấu sản x u ấ t ; - thiết bị ể u khiển u.v n - động điện xoay chiều ba pha khơng đồng rotor lồng sóc hay dây quấn; ww w lib ui ed - động điện chiểu kích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp hay kích từ nam châm vĩnh cửu; - động điện xoay chiều ba pha có cổ góp; - động u.v n ed ww w lib ui K h án triiyển lực: dùng để truyền lực từ trục động điện đến cấu sản xuất dùng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) làm phù hợp tốc độ, niỏ men, lực Để truyền lực, dùng bánh răng, răng, true vít, xích, đai truyền, ụ hợp điện từ u.v n- C cấu sả n x u ấ t hay cấn làm việc: thực thao tác sản xuất cống nehệ (gia công chi tiết, nâng - hạ tải trọng, dịch chuyển ) ui ed K h ố i điểu kh iển: thiết bị dùng để điều khiển biến đổi, động điện, cấu truyền lực w lib Sử dụng khối khí cụ đóng cắt mạch có tiếp điểm (các rơle, công tắc tơ) h a v \ h n g có tiếp điểm (điện tử, bán dẫn), bộ, khuếch đạị, điều chỉnh (regulator), máy tính, vị xử lý (microprocessor), điều khiển theo chương trình, CPU, PLC, CNC n- ww Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy tín hiệu phản hồi loại đồng hổ đo, cảm biến từ, cơ, quang u.v Một HT TĐĐ không thiết phải có đầy đủ cdc khâu nẽu Tuy nhiên, HT TĐĐ bao gồm phần chính: ui ed - Phần lực: bao gồm biến đổi động điện .ha - Phần điều khiển Mộl HT TĐĐ gọi hệ hở khơng có phản hổi, được'gọi hệ kín có phản lib hổi nghĩa giá trị c đại lượng đầu đưa trở lại đầu vào dạng tín hiệu -w ww để điều chỉnh lại việc điều khiển cho đại lượng đầu đạt' giá trị mong muốn ed u.v n i.2 PHÂN LOẠI HỆ TH Ô N G TRU YEN ĐỘNG ĐIỆN ■ Có nhiều cách phân loại: ui 1, Theo s ố động s dụng, chia làm loại: -w ww lib a Truyền độn^ nhóm: hệ TĐĐ dùng động điện để kéo nhóm gồm nhiều máy sản xuất (hình 1.2a) Trong truyền động nhóm, động điện kéo mộl trục rổi từ qua dây đai truyền lực tới máy sản xuất Hình thức truyền động khơng dùng cổng kềnh, an tồn, khó tự động hóa động điện thường chạy non tải khơng phải lúc máy làm việc u.v n b T ruyền động đơn: hệ TĐĐ dùng độn g điện để kéo tồn máy (hình b) ww w lib ui ed Trong hệ TĐ đơn, chuyển động khác máy động đảm nhận, thông qua truyền khí Hình thức truyền động tốt truyền động nhóm kết cấu khí máy vẵn phức tạp việc tự động hóa mức cao gạp nhiều khó khăn Hệ dùng u.v n dộ/iiỉ nhiêu cỉộỉìi^ ed T ntyên cư: ui c ww w lib Trong hệ TĐ này, chuyển động liciiạ biệt máy động nóng đám nhạn (hình 1.2 c) n- Hình thức TĐ làm đơn giản nliiéu kết cấu khí, giảm kích thước irọng lượng máy, công suất động dược tận dụng, dẻ tự động hóa mức độ cao Song, mạch điện phức tạp nhiều Hiện nay, hình t h ứ c T Đ dừng phổ biến ui ed u.v òp w lib T h e o đặc điểm chuyển động, chia ra: - Chuyển động quay; ww “ Chuyển động thẳng 1] ĩ n- T h e o c h ế độ làm việc, chia ra: u.v - C hế độ làm việc liên tục; lib H Ì N H Ị 2- Cúc hình Ihức iruycn đ ộ n g cùa má y kho an cẩn: a) iruycn đ ộn g n h ó m (trục chính); b) truycn đ ộn g đơn; c) iruycn đ ộn g nhiểu động -w ww - Truyền động không đảo chiều (quay) '////////? / / ui T h e o chiền quay động cơ, chia ra: - Truyền động có đảo chiểu (quay); ắ ed - Chế độ làm việc gián đoạn T h e o loại d ò n g điệìĩy chia ra: ed u.v n “ Truyền động điện xoay chiều; dùng động điện xoay chiều; “ Truyền động điện chiều: dùng động điện chicu .ha ui ố T h e o đặc điểm thay đổi thông sô điện, chia ro: lib “ Truyển động không điều chỉnh; động nối thẳng với ní^uồn điện kéo máy với tốc độ định Thông số điện hệ thay đổi nhiễu bên ngồi; -w ww - Truyền động có điều chỉnh: thơng số điện hệ thay đổi nhờ thiết bị điều khiển Tùy theo công nghệ máy sản xuất mà có truyền động điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh vị trí, điéu chỉnh lực hay mô men, u.v n T h e o thiết bị biến đổi ( s ẽ đ ề cập chương 4)y chia ra: ed - Hệ máy p há t- đ ô n g (F “ Đ): động chiều cấp điện từ máy phát điện chiểu (bộ biến đổi máy điện) ww w lib ui Thuộc hệ có hệ máy điện khuếch đại “ dộng (MĐKĐ ~ Đ) máy điện máy điện khuếch đại (MĐKĐ) từ trường ngang; Đó làhệ có BĐ u.v n ed ww w lib ui Hệ chinh lưu - động (CL - Đ): động chiểu cấp điện từ chinh lưu (BCL) Chỉnh lưu khơng điều khiển (chỉnh lưu diode) hay có điểu khiển (chỉnh lưu thyristor; hệ T - Đ)v.v 1.3 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN đ ộ n g c ủ a m ộ t h t TĐĐ u.v n- Như trình bày trên, chuyển động HT TĐĐ thường có loại: tịnh tiến quay ed 1.3.1 Hệ thống chuyển động tịnh tiến ui Trong hệ chuyển động tịnh tiến, thường vật chuyển động có khối lượng khơng đổi coi khơng đổi (vì lượng thay đổi nhỏ so với khối lượng toàn phần chuyển động) nên - lực phát động động điện tạo (N); u.v Fc - lực cản chuyển động cấu (N); n- đó: p (1.1) ww Fđ - F c = F a = m a - m ^ dt w lib theo định íuật thứ hai Newton, ta có phương trình: ed Fa - lực động tạo gia tốc chuyển động (N); - khối lượng quán tính vật chuyển động (kg); a - gia tốc chuyển động (m/s^); V - tốc độ chuyển động (m/s); t - thời gian tốc độ biến đổi (s) -w ww lib ui m 1.3.2 Hệ thống chuyển động quay ed u.v n Trong hệ chuyển động quay, coi mô men qn tính khơng đổi vận dụng định luật thứ hai Newton, ta có: (1.2) ui M đ - M c =M = J8 = J — ^ ® dt đó: Mf) - mơ men động điện tạo (Nm); lib M c - mô men cản cấu (Nm); -w ww Mg - mơ men động tạo gia tốc góc (Nm); - mơ men qn tính vật quay (kgm^); e - gia tốc góc (rad/s^); u.v n J - tốc độ góc (rad/s); t - thời gian tốc độ góc biến đổi (s) ed 03 ui Các phương trình (1.1) (1.2) phương trình hệ chuyển động tịnh tiến ww w lib hệ chuyển động quay ed u.v n 60 " 9,55 n, rad'' ^ s , ww w lib n vi ui Nếu tốc độ quay động tính theo vịnií/phút (vg/ph) ihì: nên ( 1.2 ) viết là: dn M = Je = (1.3) n- 9,55 di u.v N h ậ n xél: nghĩa > Mc Hộ giảm tốc a < nghĩa F ị ) < F c ; a = nghĩa Fj = F(- ; ed hoăc e = nghĩa M ị) = u.v Hô ổn định < Mc- n- hoăc < nghĩa w lib B = — > dt ui dv a = — > nghĩa Fj) > F(^; dt ww Hệ Ulnỉi lốc ed Từ phươnị’ trình ( i i ) ( l 2), ta thấy: ui Trường hợp cuối hệ chuyển động quay .lib 1.4 MÔ MEN CẢN -w ww Mơ men cản hệ TĐĐ thuộc loại: Mõ men cản phản kháng mô men cản nang ed u.v n 1.4.1 Mô men cản phản kháng Mơ men cản phản kháng ln có chiều chống lại chuyển động động tiến hành Chiổu mô men đảo lại đổi chiều quay động Mô men cản loại mô men ma ui sát, mô men cắt máy cắt gọt lib 1.4.2 Mô men cản -w ww Mô men cản có chiều tác dụng khơng thay đổi thay đổi chiều quay động Do vây, chiều quay này, mô men cản trở chuyển động chiều quay ngược u.v n lại, hỗ trợ chuyển động Phụ tải gây mô men cản gọi phụ tải Chẳng hạn, phụ tải cấu nâng - hạ máy trục gây mô men cản Mô mcn cản lại ch uyển động động nâng tải hỗ trợ ch uy ển động động ed hạ tải .ha ui Có thể thấy rõ chiều mơ men cản phản kháng mô men cản so với chicu ww w lib quay tạo động qua hình 1.3 u.v n ed ui .ha a ww w lib b.^ ■\ n- Mâng tài fC ed -M I LÙ! r- - M Hatải w lib ms w ui ■M, u.v Tiến /ỵ ỵ ỵ ^ -ỵ //y / ■ v /T ^ /y /// ww ĩG n- H ÌN H Ị Các loại nìổiiicn can: ed u.v a) lììơnìcn cán phán klìáng ; b) Iiiốincn can t l ì ốn ã n c ui 1.5 Q U Y Đ Ổ I C Ả C ’ Đ Ạ I L U Ọ N C i VH I RỤC' Đ Ộ N G C 'ơ -w ww lib Mộl HT TĐĐ thường có nhieu phận chuyển động khấc với trục quay kliác nhau: quay trái, quay phải, tịnh tiến lên, xuống Các phận tạo thành phần học hệ TĐĐ Chúng có tốc độ, lực mô men tấc dụng kjiac »G-r, ww w lib ui ed u.v n -w ww lib ui ed u.v n Sơ đồ động học cấư nâne ~ hạ (hình Ị.4) vìra có chuycn động cỊiKiy, vừíi có chiiyổn động tịnh tiến 10 H ÌN H 1.4 Sơ đồ (iộng iiọc ỉiiộ l cấu nâng - íiạ: Đ - d ộ n g c điỗn ; HT — hộp tốc độ ; T — tang t r ố ng ; G — tải trọng u.v n ed ww w lib ui Khi tính tốn thiết kế, chọn cơns suấi dộim lioặc nghiên cứu sư làm việc ciia H'1' l'Đ Đ , có Ihể cần phải thiết lập phương tiìiìh chuyến dộng ( ) (1.2) điếm sơ đồ động Các đại lượng đế thiết lặp phương ninh phài lấv điếm Do vâv, cán phải tiến hành tính quy đổi đại lượng lực cản, mơ men cản, khối qn tính mó men quán tính điểm khác \ế diểm định tính tốn, n- Thực chất cơng việc là: thay cho vièc phân tích Irực liếp I.huyên dộng phần hệ TĐĐ ta chuyển sơ đồ động xét thành sơ đổ tính tốn dó đại lượng khơi u.v lượng, mơ men qn tính lực, mô mon !ác dụng phần chuyên động với ed tốc độ khác thay đại lirưne tirơng đương quv vé điếm với ui tốc dộ w lib r h ô n g thường, người ta hay tính quy dổi đại luợng \ é trục động (nguồn phát độn g lực) 1.5.1 Quy đổi mô men cản trục động tang trống (hav tang quay) cần quỵ đổi ww Như sơ đổ hình 1.4, mơ men cản n- ưục động nghĩa cẩn xác định mỏ men tương ứng M^I irén trục động Nói cách khác, mơ men quy đổi mổ men dộng cần phải có trục để sau u.v truyền qua hệ truyền lực tới tang trống đủ để thắng mô men cản M(- ui ed Nguyên tắc tính quy đổi dựa vào định luậl bảo tồn lượng .ha Cơng động sinh truyền tới tang trống là: lib tOi) rit -w ww đó; r| - hiệu suất cấu truyền lực từ động tới tang trống: T| = Ti|.ri ■■ ■ (1-4) ed u Công công tang trống; C0 j) r|t = M f Wj t M ui Ta có; M c co-]-1, lib hay: ww w với: T]1 [Nm] i = ^ (1.5) ( ) i = i | Ì (1.7) ed u.v n- i - tỷ sô' truyén từ truc động tới trục tang trống Biểu thức (1.5) cho biết giá trị mô men cản Mc trục tang trống quy đổi vé ui trục động thành Mq^ Ý nghĩa là: động muốn khắc phục mô men cản Mc ww w lib trục tang trống phải sinh mơ men M^J trục tính theo (1.5) 11 u.v n ed ui 1.5.2 Quy đổi lực cản chuyển động tịnh tiến íhành mơ men trục dộng ww w lib Như hình 1.4, ta tính quy đổi trục động lực cản F(- = G tải trọnc uây nãna lèn với lốc độ V Cơng mà động cư cần có lă: Vt M,j,i = r p ' u.v Suy ra: n- coprit = Fc V t , [Nm| (I.S) ed hay: ui trona, đó: p ỉà bán kính quy đổi chuyển động tịnh tiến vẽ trục động p= , Ịm] (1.9) w lib 0) Đ » ww 1.5.3 Quy đối mơ men qn tính trục động ed u.v n- Mơ mcn qn tính J khối lượne qn tính ITI đặc Irirng cho tính ì vật chuyển ưỏnu quay tròn chuyển động thẳng Trong HT TĐĐ, phần tử chuyổn độriíi đồii có mơ incn qn tính (nếu chuyển độnạ quay) khối quán tính (nếu chuyển độníi Ihắnu') cũna cần quy đổi chúng trục động để tính tốn .ha ui Đế tính quy đới mơ men quán tính tang trống J t trục quay T4 thành mơ men qn tính quy đổi J^|(| trục động cơ, ta tính động tích iĩiy tang trống: T lib [■ -w ww ed u.v n cân với động tích lũy í rục động tương ứng với mơ men quy đổi J 2 ui Ta có: lib hay -w ww 1.5.4 Quy đổi khối quán tính chuyển động tịnh tiến thành mơ men qn tính trục động Như hình 1.4, chuyển động tịnh tiến khối lượng m tích lũy động năng: u.v n mv ww w lib ui ed Do vậy, mơ men qn tính quy đổi tương ứng suy từ định luật bảo toàn lượng: 12 Jqa”>p _ m v ^ ... ĐĐ: L - lưới diện ; ƯJ - tín hiệù đ ặ t ; ưpi, - tín hi ệ u phẫn hổi : - biến đổi ; — đ ộ n g c điện ; ? - thiết bị truyền lực ; — c cấu sản x u ấ t ; - thiết bị ể u khiển u.v n - động điện xoay... điện, hệ máy phát - động (hệ F - Đ), chỉnh lưu khơng điều khiển có điều khiển, biến tần (BBT) -w ww Đ ộng c điện: dùng để biến đổi điện thành hay thành điện (khi hãm điện) Các động điện thường dùng... ui M đ - M c =M = J8 = J — ^ ® dt đó: Mf) - mơ men động điện tạo (Nm); lib M c - mô men cản cấu (Nm); -w ww Mg - mô men động tạo gia tốc góc (Nm); - mơ men quán tính vật quay (kgm^); e - gia tốc