phân tích yêu cầu của nhà máy sản xuất

Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ PHẦN I Phân tích yêu cầu của máy sản xuõt và quy đổi về hệ truyền động điện I/ Yêu cầu của máy sản xuất Máy sản xuất nói chung là cơ cấu thực hiện các chức năng thao tác của sản xuất và công nghệ ( gia công chi tiết, nõng hạ tại trọng ) vì thế nó có những yêu cầu riêng tuỳ theo yêu cầu sử dụng nhất định. Trong hệ thống truyền động điện động cơ điện có nhiệm vụ cung cấp động lực cho máy san xuất. Máy sản xuất lại có rất nhiều loại, nhiều kiểu với tớnh năng, đặc điểm riêng. Với các động cơ điện một chiều và động cơ xoay chiều thì chế độ làm việc tối ưu thường là chế độ định mức của động cơ. Để một hệ thống TDD làm việc tốt, có hiệu quả thì giữa động cơ điện và cơ cấu sản xuất phải đảm bảo một sự phù hợp tương ứng nào đó. Việc lựa chọn hệ TĐĐ và chọn động cơ điện đáp ứng đúng các yêu cầu của cơ cấu sản xuất có ý nghĩa lớn không chỉ về mặt kĩ thuật mà cả về mặt kinh tế. Do vậy thiết kế hệ thống TDD người ta thường chọn hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh tốc độ sao cho đường đặc tớnh cơ của động cơ càng gần với đường đặc tớnh của cơ cấu sản xuất càng tốt. Nếu đảm bảo được điều kiện này thì động cơ sẽ đáp ứng tốt đòi hỏi của cơ cấu sản xuất, khi mô men cản thay đổi và tổn thất trong qua trình điều chỉnh là nhỏ nhất. - Chọn động cơ truyền động cho máy sản xuất phải phù hợp, đảm bảo yêu cầu về kĩ thuật cũng như kinh tế , để chọn động cơ ta dựa vào các chỉ tiêu sau : 1 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ + Khả năng làm việc của động cơ yêu cầu công nghệ để chọn động cơ phù hợp +Dải điều chỉnh càng lớn thì hệ càng có chất lượng cao +Tổn hao năng lượng càng nhỏ càng tốt +Công suất của động cơ phải phù hợp với tải +Tốc độ của động cơ phải thoả món yêu cầu của máy sản xuất +Điều chỉnh tốc độ, khởi động hóm dừng nhanh chóng + II/ Quy đổi về hệ thống truyền động điện Ta có số liệu của máy sản xuất như sau: - Phụ tải Mc = hằng số và mang tớnh chất phản kháng - Công suất tải Pđm =15 Kw , Tốc độ tải nđm = 300 v/p - Hiệu suất n = 0,85 - Sai lệch tớnh [St%] =3 % , Phạm vi điều chỉnh 50 : 1 - Thời gian quá độ t p = 2,0 s 1, Quy đổi mô men Mc về trục động cơ Ta chọn tỉ số truyền i = 5 Và 85,0 = η Ta có : Mô men cản Mc quy đổi về trục động cơ là 2 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ i M M M M t cqd tt cqd ηη ω ω =⇔=× Từ đó ta có )(64,17 85,0 15 kw p Mp t cqddc ==== η ω Vậy công suõt đinh mức của động cơ ta chọn phai có Pđm > P dc = 17,64 (kw) Do tải có nđm = 300 v/p , tỉ số truyền ta chọn bằng 5 => động có phải có tốc độ định mức là )/(15005300 pvn dmdc =×= Vậy ta có điều kiện để chọn động cơ truyền động cho máy sản xuất là Pdm > 17,64 kw Nđm = 1500 (v/p) PHẦN II 3 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC I. Lựa chọn phương án truyền động điện Trong sản xuất giá trị, chất lượng và năng suất của sản phẩm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Một trong những yếu tố đó là dây truyền sản xuất ,dây truyền càng hiện đại thì hệ thống càng phức tạp. Bất kỳ một dây truyền sản xuất nào cũng cú cỏc bộ phận truyền động, nó có thể được tạo ra từ sự phối hợp nhiều thiết bị khác nhau.Ứng với mỗi một công nghệ yêu cầu có thể đưa ra rất nhiều phương án truyền động khác nhau. Vì vậy vấn đề đặt ra phải phân tích và lựa chọn một phương án tối ưu nhất. Một phương án truyền động được gọi là tối ưu khi sử dụng hợp lý các thiết bị và khai thác tối đa khả năng của chúng đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật ở quá trình xác lập và quá trình quá độ đồng thời phải đáp ứng được chỉ tiêu về kinh tế (chi phí đầu tư, chất lượng và năng suất sản phẩm…). Hiện nay hầu hết các công nghệ đều sử dụng các động cơ điện làm truyền động. I.1. Chọn động cơ điện Động cơ là một phần tử rất quan trọng trong dây truyền truyền sản xuất, thường xuyên phải làm việc với nhiều trạng thái như là khởi động (quá trình quá độ), trạng thái quá tải, trạng thái hãm. Hiện nay chia ra làm hai loại động cơ chính là : + Động cơ điện xoay chiều . + Động cơ điện 1 chiều . I.1.1. Động cơ điện xoay chiều I. Động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Sở dĩ như vậy : là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vật hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha, và về 4 U ~ § § U ~ M th M mm M th ω 0 ω ω ω = f( M ) 0 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ kinh tế giá thành nhỏ hơn so với động cơ một chiều. Động cơ không đồng bộ có hai loại chính là động cơ rụto lồng sóc và động cơ rô to dây cuốn. (hình 1). 1. Sơ đồ nguyên lý Phương trình đặc tính cơ:         +         + = 2 nm 2 ' 2 11 ' 2 2 f X s R r.s.ω R.U3 M Trong đó : U f : Điện áp pha đặt vào stato của động cơ X nm : Điện kháng ngắn mạch (X nm =X 1 +X’ 2 ) r 1 ,X 1 : Điện trở và điện kháng mạch rô to . R 2 ’ ,X ’ 2 : Điện trở và điện khỏng rụ to đã quy đổi về phía stato. ω 1 : Tốc độ không đồng bộ P πf2 ω 1 1 = s :là hệ số trượt 1 1 ω ωω s − = ω : là tốc độ làm việc của động cơ Hình 1.1:Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ ĐC không đồng bộ Thông thường ta hay sét phương trình đặc tính cơ như hình 1 có giá trị s th và M th xác định như sau: 5 ω 3 ω 2 f1 f2 f3 M th M mm M th ω 0 ω ω ω = f( M ) 0 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ th th th thth S.a2 S S S S )S.a(1M2 M ++ + = 2 mm 2 1 ' 2 th Xr R S + = Trong đó : ' 2 1 R r a = -Độ cứng đặc tính cơ th1 th S.ω M β −= 2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ a. Phương pháp điều chỉnh tần số nguồn (f 1 ) Với sự ra đời của các bộ biến tần kiểu mới có thể thay đổi tần số điện áp ra 3 pha rất linh hoạt nên hiện nay nhiều công nghệ đã sử dụng phương pháp này để điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động .Điều này được thực hiện trên nguyên tắc sau : từ công thức P πf2 ω 1 1 −= vầ 1nm 22 th fπL8 UP3 M −= ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quay thay đổi và mô men động cơ cũng thay đổi . Nều f 1 > f đm thì tốc độ không đồng bộ tăng còn M th giảm khi giữ nguyên điện áp không đổi . Nếu f 1 <f đm thì tốc độ không đồng bộ giảm còn M th tăng nhanh vì M th ˜f 1 khi giữ nguyên điện áp không đổi . Đặc tính cơ thay đổi tần số (hình1. 2) Hình 1.2 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số 6 0 ω = f( M ) ω ω 0 ω th M M th M dm U U 1 2 U mm Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ Nhận xét : Phương pháp điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số khi giữ nguyên điện áp phần ứng khi điều chỉnh giảm tần số sẽ làm cho mô men khởi động lớn và dòng điện rất lớn sẽ làm hỏng động cơ khi khởi động vì vậy khi điều chỉnh tần số không được giữ nguyên điện áp mà phải thay đổi theo một quy luật nhất định .Thật vậy ta có U 1 =4,44w 1. K dq1 .f 1 .Φ =C.f 1 .Φ Khi điều chỉnh tần số phải giữ cho Φ =const nên sự thay đổi điện áp theo tần số theo quy luật sau: = 1 1 f U const. Khi điều chỉnh tốc độ theo phương pháp này cần phải có bộ biến tần do đó làm tăng giá thành đầu tư công nghệ. b. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng )Xr.(rω2 U3 M 2 nm 2 111 1 2 f th ++ = 2 mm 2 1 ' 2 th Xr R S + = =const khi điện áp lưới suy giảm mô men tới hạn giảm nhanh M th ˜U 2 còn hệ số trượt tới han không đổi . Đặc tính cơ thay đổi điện áp Hình 1.3 Đặc tính cơ không đồng bộ khi thay đổi điện áp 7 0 ω = f( M ) ω ω 0 ω th M mm M th M p=1 p=2 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ Nhận xét : Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không đồng bộ thường có hệ số trượt tới hạn nhỏ nên không thực hiện điều chỉnh cho động cơ rô to lồng súc .Cũn khi thực hiện cho động cơ rô to dây quấn cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rô to để mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và mô men. - Đối với phương pháp này cần phải thiết kế thêm bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành xoay chiều . - Khi điện áp đặt vào phần ứng động cơ giảm M th giảm trong khi đó giữ nguyên f 1 =const khi giảm điện áp thì độ cứng β giảm nên độ sụt tốc độ lớn làm tốc độ động cơ không ổn định khi tăng tải đột ngột đồng thời mô men khởi động và mô men tới hạn giảm dẫn đến trường hợp không thể khởi động được. - Phương pháp này có thể được ứng dụng cho các động cơ có công suất lớn khi yêu cầu dòng điện khởi động nhỏ . c. Phương pháp thay đổi số đôi cực .(P) Ta có công thức : P f2 1 1 π =ω =var và nm ' 2 th X R S = const Vì đối với các công suất lớn thì r <<X nờn cú nm ' 2 th X R S = =const do đó độ cứng đặc tính cơ β không đổi . Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực Hình 1.4 .Đặc tính cơ Khi thay đổi số đôi cực P 8 0 ω = f( M ) ω ω 0 ω th M mm M th M f R = 0 R f1 f2 R § f1 R R f2 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ Nhận xét : - Phương pháp này thay đổi số đôi cực bằng cách thay đổi cách đấu dây stato của động cơ do đó sẽ làm thay đổi một số thông số của động cơ như U f1 ,r 1 ,X 1 … làm cho M th động cơ thay đổi vì vậy nó thường dùng cho động cơ rô to lồng sóc -Số cấp tốc độ điều chỉnh theo phương pháp này nhỏ thông thường chỉ chế tạo hai cấp do đó không thể điều chỉnh trơn tạo ra rung giật khi điều chỉnh tốc độ. d.Phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch rô to (đối với động cơ rô to dõyquấn) )Xr.(rω2 U3 M 2 nm 2 111 1 2 f th ++ = =const 2 mm 2 1 ' 2 th Xr R S + = =var th1 th S.ω M β −= =var khi đưa điện trở vào mạch rô to thì mô men tới hạn không thay đổi còn hệ số trượt tăng và độ cứng đặc tính cơ β giảm . Đặc tính cơ điều chỉnh Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý ,đặc tính cơ ĐCKĐB rô to dây quấn có R f 9 0 ω = f( M ) ω ω 0 ω th M mm M th M f R X f Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ Nhận xét : - Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ rô to dây quấn - Khi đưa điện trở phụ vào mạch rô to động cơ thì dòng điện và mô men khởi động giảm và có thể điều chỉnh nhiều cấp tốc độ nhưng vẫn là điều chỉnh có cấp - Điều chỉnh theo phương pháp này cũn cú thờm tổn hao công suất trờn cỏc điện trở phụ . - Dải điều chỉnh phụ thuộc vào mô men tải.Mụ men tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh càng hẹp. e. Phương pháp đưa R f và X f vào mạch stato (Đối với động cơ rô to lồng sóc ) Từ các công thức : )Xr.(rω2 U3 M 2 nm 2 111 1 2 f th ++ = =const 2 mm 2 1 ' 2 th Xr R S + = =var th1 th S.ω M β −= Khi đưa điện trở phụ và điện kháng phụ vào mạch stato động cơ ta thấy Độ cứng đặc tính cơ giảm ,M th và S th đều giảm . Đặc tính cơ Hình 1.6 Đặc tính cơ động cơ rô to lồng sóc khi đưa R f và X f vào mạch stato 10 [...]... điều chỉnh tốc độ Hiện nay trong các nhà máy đều cú cỏc hệ truyền động điện để đáp ứng yêu cầu công nghệ từ yêu cầu đơn giản đến phức tạp để nâng cao chất lượng sản phẩm, 20 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ năng suất lao động chẳng hạn như hệ truyền động máy tiện khi bắt đầu gia công chi tiết thì yêu cầu tốc độ giảm để tránh mẻ dao, khi ra dao yêu cầu di chuyển nhanh để tăng độ nhẵn bề... Chọn động cơ Qua phân tích và các nhận xét về các loại động cơ ta thấy mỗi loại động cơ có những ưu điểm riêng cho từng loại phụ tải giá thành và môi trường làm việc Căn cứ vào yêu cầu thiết kế của đề tài thấy động cơ một chiều có nhiều ưu điểm hơn động cơ xoay chiều.Vì vậy em chọn động cơ một chiều làm động cơ truyền động b Chọn kích từ cho động cơ : Qua phân tích về 3 loại kích từ của động cơ điện... động của các van tương tự như chu kỳ trước đó 26 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ uD α 0 i π 2π ωt 3π T1 Id 0 i 0 i 0 i 0 u ωt T2 ωt D1 ωt D2 ωt T1 ωt 0 Đồ thị điện áp và dòng điện của mạch chỉnh lưu cầu bán điều khiển Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Tiristor và của điôt không bằng nhau Góc dẫn dòng của điốt là λD=π+α, còn góc dẫn dòng của tiristor là λT=π-α Giá trị trung bình của điện... điện có ý nghĩa rất quan trọng Mục đích của nó là để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống với vốn đầu tư tối thiểu Trong đó việc chọn công suất động cơ có ý nghĩa quan trong Nếu chọn công suất động cơ lớn hơn công suất yêu cầu thì làm tăng vốn đầu tư, động cơ làm việc non tải không tận dụng được hết khả năng phát nhiệt (chịu nhiệt) dẫn đến làm giảm hiệu xuất của hệ thống, hệ số công suất cosϕ thấp... Do bộ biến đổi không cho phép dẫn dòng ngược nên hệ truyền động của ta không thực hiện được hãm tái sinh b Hãm ngược: Xảy ra khi phần ứng động cơ dưới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do mụmen thế năng quay ngược chiều với động cơ Mụmen của động cơ sinh ra khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất Ta có thể thực hiện hãm ngược theo 2 cách: + Đưa điện trở phụ... lực phức tạp, mạch điều khiển phức tạp, số lượng van nhiều, giá thành cao, trong khi yêu cầu của phụ tải mà đề tải cho không cần chất lượng điện áp ra quá tốt Để đáp ứng được yêu cầu của phụ tải mà đề tài đã cho và bảo đảm được tính kinh tế ta chọn sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển là mạch động lực của hệ thống truyền động điện 28 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ III Chọn... lớn 2 Động cơ đồng bộ Động cơ đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suất trung bình và lớn ,có yêu cầu ổn định tốc độ cao Động cơ đồng bộ thường dùng cho máy bơm quạt gió ,hệ truyền động trong nhà máy luyện kim và cũng thường dùng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát -Động cơ công suất lớn - Động cơ đồng bộ có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosφ và hiệu suất lớn ,vận hành tin... trọng Với yêu cầu không cần chhính xác, chỉ cần hãm dừng nhanh để tăng năng suất đảm bảo yêu cầu đặt ra là không đảo chiều quay.Sau đây ta xét các chế độ hãm của động cơ điện một chiều kich từ độc lập để chọn ra một chế độ hãm thích hợp: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: -Hãm tái sinh -Hãm ngược -Hãm động năng a) Hãm tái sinh Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ... điện áp ra đập mạch nên cần phải có mạch lọc Từ nhận xét trên và theo yêu cầu của đề tài em quyết định chọn BBĐ van động cơ làm hệ truyền động II Chọn và phõn tích mạch động lực Mạch động lực trong hệ thống truyền động điện là mạch cung cấp điện năng cho động cơ điện biến điện năng thành cơ năng trên trục động cơ Tải ở đây có thể là các máy công cụ trong công nghiệp, hoặc các hệ thống nâng hạ, cẩu Điện... thước lớn, tốn nhiều van và giá thành lại cao 22 Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ Với yêu cầu cụ thể của phụ tải đã cho thì các sơ đồ chỉnh lưu sau có thể đáp ứng được: - Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha - Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha - Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 1 pha - Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha Ta xét một số bộ biến đổi: * Hình tia ba pha: Giả thiết Ld=∞, cho sơ đồ làm việc với một . cơ PHẦN I Phân tích yêu cầu của máy sản xuõt và quy đổi về hệ truyền động điện I/ Yêu cầu của máy sản xuất Máy sản xuất nói chung là cơ cấu thực hiện các chức năng thao tác của sản xuất và công. động cơ phải thoả món yêu cầu của máy sản xuất +Điều chỉnh tốc độ, khởi động hóm dừng nhanh chóng + II/ Quy đổi về hệ thống truyền động điện Ta có số liệu của máy sản xuất như sau: - Phụ tải. ) vì thế nó có những yêu cầu riêng tuỳ theo yêu cầu sử dụng nhất định. Trong hệ thống truyền động điện động cơ điện có nhiệm vụ cung cấp động lực cho máy san xuất. Máy sản xuất lại có rất nhiều