TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TRUYỂN ĐỘNG HỆ T D Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Ngọc Khoát Thành viên Bùi Sỹ Tiến 198[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TRUYỂN ĐỘNG HỆ T-D Giảng viên hướng dẫn : TS.Nguyễn Ngọc Khoát Thành viên : Bùi Sỹ Tiến Nguyễn Xuân Lộc - 19810430313 - 19810430293 Trần Trung Nghĩa - 19810430318 Trần Quốc Hoàn Lớp - 19810430294 : D14TDH&DKTBCN4 Hà Nội, 2/2023 h CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Khái niệm Động điện chiều loại máy điện biến điện dòng chiều thành Ở động chiều từ trường từ trường không đổi Để tạo từ trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu nam châm điện cung cấp dòng điện chiều Động phân loại sau: - Kích từ độc lập - Kích từ song song - Kích từ nối tiếp - Kích từ hỗn hợp 1.2 Cấu tạo phân loại : 1.2.1 động Cấu tạo Động điện chiều phân thành hai phần chính: Phần tĩnh phần Thép Cực với cuộn kích từ Cực phụ với cuộn dây Hộp ổ bi Lõi thép Cuộn dây phần ứng Thiết bị chổi Cổ góp h Trục 10 Nắp hộp đấu dây - Phần tĩnh hay stato hay cịn gọi phần kích từ động cơ, phận sinh trường gồm có: + Mạch từ dây kích từ lồng ngồi mạch từ (nếu động kích từ nam châm điện), mạch từ làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấn kích thích hay cịn gọi dây quấn kích từ làm dây điện từ, cuộn dây điện từ mắc nối tiếp với + Cực từ chính: Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối, tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với + Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông + Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại, máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy + Các phận khác Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang Cơ cấu chổi than: Để đưa dịng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ, sau điều chỉnh xong h dùng vít cố định lại - Phần quay hay rơto: Bao gồm phận sau + Phần sinh sức điện động gồm có: Mạch từ làm vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với Trên mạch từ có rãnh để lồng dây quấn phần ứng + Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với theo qui luật định Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây đầu dây bối dây nối với phiến đồng gọi phiến góp, phiến góp ghép cách điện với cách điện với trục gọi cổ góp hay vành góp thành +Tỳ cổ góp cặp trổi than làm than graphit ghép sát vào cổ góp nhờ lò xo 1.2.2 Phân loại ,ưu nhược điểm động chiều - Phân loại Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ động Theo ta có loại động điện chiều thường sử dụng: + Động điện chiều kích từ độc lập: Phần ứng phần kích từ cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ + Động điện chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ mắc song song với phần ứng + Động điện chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với phần ứng + Động điện chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có cuộn dây kích từ, cuộn mắc song song với phần ứng cuộn mắc nối tiếp với phần ứng - Ưu nhược điểm động điện chiều Do tính ưu việt hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải , máy phát động điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản công suất h lớn, dễ vận hành mà máy điện (động điện) xoay chiều ngày thiết sử dụng rộng rãi phổ biến Tuy nhiên động điện chiều giữ vị trí định công nghiệp giao thông vận tải, nói chung bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục phạm vi rộng (như máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động không đồng để chế tạo động điện chiều cỡ giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp thiếu Nhưng ưu điểm mà máy điện chiều sản xuất đại điện + Ưu điểm động điện chiều dùng làm động hay máy phát điện điều kiện làm việc khác Song ưu điểm lớn động điện chiều điều chỉnh tốc độ khả tải Nếu thân động không đồng đáp ứng đáp ứng phí thiết bị biến đổi kèm (như biến tần ) đắt tiền động điện chiều khơng điều chỉnh rộng xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng cao + Nhược điểm chủ yếu động điện chiều có hệ thống cổ mơi góp - chổi than nên vận hành tin cậy khơng an tồn trường rung chấn, dễ cháy nổ 1.3 Nguyên lí làm việc động chiều kích từ độc lập Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mắc độc lập mạch điện phần ứng mạch kích từ vào hai nguồn chiều độc lập với nhau, lúc động gọi động kích từ độc lập h Ở ta dùng động chiều nam châm kích từ độc lập nên có từ thông Φ không đổi nên không cần quan tâm đến vấn đề kích từ Nếu momen động điện sinh lớn momen cản, roto bắt đầu quay suất điện động Eư tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n Do xuất tăng lên Eư, dòng điện Iư giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm Tăng dần Iư cách tăng Uư giảm điện trở mạch điện phần ứng máy đạt tốc độ định mức Trong q trình tăng Iư cần ý khơng để lớn so với Iđm để không xảy cháy động 1.4 Phương trình đặc tính Phương trình cân điện áp mạch phần ứng chế độ xác lập: U u E Ru R f I u Trong điện áp phần ứng (V) Uư E suất điện động phần ứng (V) Rư điện trở phần ứng (Ω) Rf điện trở phụ phần ứng (Ω) Ru ru rcf rcb rtx rư : điện trở dây phần ứng (Ω ¿ r cf : điện trở cực từ phụ (Ω ¿ r cb : điện trở cuộn bù (Ω) r tx : điện trở tiếp xúc chổi điện (Ω) Suất điện động E phần ứng động xác định theo biểu thức: h E pN . K.. p: Số đơi điện cực N: Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng Số mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng Tốc độ góc (rad/s) Từ thơng kích từ cực từ (Wb) a: : : Đặt K = pN : Hệ số kết cấu động πa Nếu biểu diễn suất điện động theo động tác quay n (v/phút) E = K c .n = πn n = 60 9,55 Vì : Eư = pN K n= K c n= n=0,105 K n πa 9,55 (1.4) Trong : K c : Hệ số điện động động Từ phương trình ta có : = U Rư + R f − K K (1.5) Đây phương trình đặc tính điện động điện chiều kích từ độc lập Mặt khác ta có momen điện từ động điện chiều kích từ độc lập theo biểu thức : M dt =K I (1.6) Suy ra: I ư= Uư K (1.7) Thay I vào ta có: = Uư Rư+Rf M dt K ( K )2 (1.8) 1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động Phân tích phương trình đặc tính (1.8) ta thấy để thay đổi tốc độ động cơ, dùng số biện pháp sau: h 1.5.1 Thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng động Ud Thay đổi từ thông động Thay đổi điện trở mạch phần ứng động Ru, ví dụ cách nối tiếp với phần ứng điện trở phụ Phương pháp thay đổi điện trở phụ Nguyên lý điều khiển - Trong phương pháp người ta giữ U = Uđm, Ф = Фđm nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng Độ cứng đường đặc tính cơ: (K )2 △M = β= △ R +Rf (1.9) Ta thấy điện trở lớn β nhỏ nghĩa đặc tính dốc mềm Ứng với R f =0 ta có độ cứng tự nhiên βtn có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng lớn tất đường đặc tính có điện trở phụ Như , ta thay đổi R f ta họ đặc tính thấp đặc tính tự nhiên Đặc điểm phương pháp: tính + Điện trở mạch phần ứng tăng độ dốc đặc tính lớn, đặc mềm, độ ổn định tốc độ sai số tốc độ lớn độ + Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ vùng tốc định mức (chỉ cho phép thay đổi tốc độ phía giảm) + Chỉ áp dụng cho động điện có cơng suất nhỏ, tổn hao lượng h điện trở phụ làm giảm hiệu suất động thực tế thường dùng động điện cần trục + Đánh giá tiêu: Phương pháp điều khiển liên tục mà phải điều khiển nhảy cấp Dải điều chỉnh phụ thuộc vào số ❑max mômen tải, tải nhỏ dải điều chỉnh D= ❑ nhỏ Phương pháp điều chỉnh dải D= : + Giá thành đầu tư ban đầu rẻ không kinh tế tổn hao điện trở phụ lớn, chất lượng không cao dù điều khiển đơn giản 1.5.2 Phương pháp thay đổi từ thông Điều chỉnh từ thơng kích thích động chiều điều chỉnh momen điện tử động M = K. I suất điện động quay động Eư = K.. Mạch kích từ động mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông hệ phi tuyến : ik = ek d + ❑k dt r b +r k (1.10) Trong đó: r k điện trở dây quấn kích thích r b điện trở nguồn điện áp kích thích ❑k số vịng dây quấn kích thích Trong chế độ xác lập ta có quan hệ : ik = ek ; ❑k =; f [i k ] r b +r k Độ cứng β= (1.11) (k ) R (1.12) 1.5.3 Phương pháp thay điển điện áp phần ứng Giả thiết từ thơng =❑dm=const, từ phương trính đặc tính tổng qt : Uu = K − Ru (K ) M =❑0 − △ Khi thay đổi điên áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song với tự nhiên h H1.5 đặc tính điều chỉnh động cách thay đơie điện áp phần ứng Ta thấy thay đổi điện áp giảm áp momen ngắn mạch , dịng điện ngắn mạch giảm tốc độ động giảm với phụ tải định độ cứng khơng đổi Do phương pháp dùng để điều chỉnh tốc động hạn chế dòng điện khởi động 1.6 Kết luận Qua phân tích cụ thể phương pháp điều chỉnh tốc độ ta thấy phương pháp điều chỉnh có ưu nhược điểm riêng phù hợp với yêu cầu công nghệ Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động chiều (hay hệ (T-Đ), biến đổi điện mạch chỉnh lưu điều khiển có điện áp tải Ud phụ thuộc vào giá trị góc điều khiển Chỉnh lưu dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng dòng điện kích thích động cơ, tuỳ theo yêu cầu cụ thể truyền động mà dùng sơ đồ chỉnh lưu thích hợp Căn cơng nghệ đề tài ta thấy phương pháp thay đổi tốc độ cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động có nhiều ưu điểm như: + Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng + Điều chỉnh trơn điều chỉnh vô cấp + Sai lệch tĩnh nhỏ , β=const toàn dải điều chỉnh h + Để thực tự động hóa + Mức độ phù hợp tải + M c = const + Pc = var Do ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng đông h