Đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ

Đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng `Mục lục STT NộI DUNG TRANG 1 Lời nói đầu 2 2 Phần I : Phân tích hệ truyền động với các mạch vòng phản hồi 4 3 Phần II : Phân tích lựa chọn phơng án truyền động điện 12 4 Phần III : Tính chọn một số thiết bị 76 5 Phần IV : Xây dựng đặc tính tĩnh và kiểm tra chất lợng tĩnh 93 6 Phần V : Thuyết minh sơ đồ nguyên lý 101 7 Tài liệu tham khảo 104 Lời nói đầu Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá hiện nay, ngành tự động hoá đóng một vai trò hết sức quan trọng. Việc áp dụng các hệ thống truyền động theo vòng kín nhằm tăng năng suất và tăng hiệu quả kinh tế. Một hệ thống làm việc ổn định thì sẽ cho ra những sản phẩm đảm bảo chất lợng cao. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành điện tử công suất. Với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn đã và đang ngày càng đáp ứng đợc các yêu cầu của các hệ thống truyền động. Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện bán dẫn mà làm cho hệ thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác tác động cao hơn. Với nhu Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp 1 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng cầu sản suất và tiêu dùng nh hiện nay, thì việc tự động hoá cho xí nghiệp trong đó sử dụng các linh kiện gọn nhẹ là một nhu cầu hết sức cấp thiết. Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trờng, em đã đợc làm quen với các môn học thuộc ngành . Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong học kỳ này chúng em đợc giao đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ với yêu cầu Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu cho trớc sử dụng bộ biến đổi chỉnh lu có điều khiển cầu 3 pha . Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng dẫn Đỗ Trung Hải và các thầy giáo trong bộ môn, đến nay đồ án của em đã đợc hoàn thành. Bản đồ án của em gồm hai phần chính : Phần thuyết minh : gồm 5 phần : 1. Phân tích hệ truyền động với các mạch vòng phản hồi . 2. Phân tích và lựa chọn phơng án truyền động điện. 3. Tính chọn một số thiết bị . 4. Xây dựng đặc tính tĩnh và kiểm tra chất lợng tĩnh 5. Thuyết minh sơ đồ nguyên lý . Phần bản vẽ : gồm 3 bản vẽ khổ A 0 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống. 2. Giản đồ dòng, điện áp trên mạch động lực và mạch điều khiển. 3. Đặc tính tĩnh hệ thống. Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn, nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong đợc sự chỉ bảo, góp ý của các thầy,cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em đ- ợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, cảm ơn thầy Đỗ Trung Hải đã giúp đỡ em để bản thiết kế hoàn thành đúng thời hạn. Thái nguyên ngày Tháng năm 2007 Sinh viên thiết kế Phan Anh Hải Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp 2 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng Phần I : Phân tích hệ truyền động với các mạch vòng phản hồi Nh chúng ta đã biết với những hệ điều tốc điều khiển mạch vòng hở , nếu không yêu cầu cao đối với chất lợng tĩnh và động thì nó cũng có thể thực hiện điều tốc vô cấp trong một phạm vi nhất định. Tuy nhiên ngày nay ngời ta thờng ít sử dụng hệ hở bởi những nhợc điểm của chúng là rất lớn không thể đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ , yêu cầu về chất lợng sản phẩm . Để khắc phục điều đó ngời ta sử dụng hệ kín . Theo lý thuyết điều khiển tự động , hệ thống điều tốc mạch vòng kín điều khiển phản hồi là dựa vào độ chênh lệch của đại lợng bị điều khiển thực hiện hệ thống điều khiển . Chỉ cần lợng điều khiển bị xuất hiện độ chênh lệch là nó sẽ tự động tạo ra chức năng để cải chính độ chênh lệch . Lợng giảm tốc độ quay chính là độ chênh lệch tốc độ quay do phụ tải gây ra. Hiển nhiên hệ thống điều tốc mạch vòng kín càng có khả năng giảm mạnh độ giảm vận tốc . Sau đây ta sẽ xét đến cấu tạo của hệ thống điều tốc mạch vòng kín và đặc tính tĩnh của nó. Trên trục động cơ lắp đặt một sensin TG từ đó dẫn ra một điện áp phản hồi Un tỉ lệ thuận với đại lợng đo tốc độ quay , sau khi so sanh với điện áp U * n ứng với tốc độ quay cho trớc sẽ tồn tại chênh lệch điện áp Un , qua bộ khuếch đại A sinh ra điện áp điều khiển Uet của bộ phát xung GT dùng để điều khiển tốc độ quay của động cơ . nhờ thế mà tạo nên hệ thống điều tốc mạch vòng kín có phản hồi . Sau đây sẽ phân tích trạng thái ổn định của hệ thống điều tốc mạch vòng kín này. để làm rõ vấn đề này trớc tiên ta phải đa ra một số giả thiết . Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp 3 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng - Bỏ qua quan hệ phi tuyến giả thiết các quan hệ vào ra là tuyến tính - Bỏ qua điện trở trong của nguồn điện một chiều và triết áp. i d u d tg mbbđgta u et u n u n u n * Nh vậy quan hệ của các bộ phận cấu thành hệ thống điều tốc mạch vòng kín có phản hồi âm tốc độ đợc thể hiện nh sau : - Khâu so sánh điện áp : UnnUUn = * - Bộ khuếch đại : UnKpUet = . - Bộ chỉnh lu và bộ phát xung : UetKsUdo .= - Đặc tính cơ vòng hở của hệ thống. Ce RIdUdo n . = - Sensin : nUn . = Trong đó : Kp : hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại . Ks : hệ số khuếch đại của bộ biến đổi . : Hệ số phản hồi đo tốc độ . Từ các phơng trình trên ta tìm đợc phơng trình đặc tính cơ của hệ kín nh sau : )1.( . )1( )/ 1.( ** KCe RId KCe nUKsKp CeKsKpCe RIdnUKsKp n + + = + = Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp 4 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng Trong đó : K = Kp.Ks./Ce : Hệ số khuếch đại vòng hở của hệ thống mạch vòng kín. -i d. r k p k s n ( - ) u n e 1/c e k p k s 1/c e u n * u n u n ( - ) n n i d. r ( - ) u n u n u n * 1/c e k s k p So sánh đặc tính cơ hệ thống hở và kín ta thấy : - Đặc tính cơ của hệ thống mạch vòng kín cứng hơn nhiều so với hệ thống hở. - Nếu so sánh giữa hai hệ thống mạch vòng kín và mạch vòng hở có cùng một giá trị n 0 thì sai số trợt tĩnh của mạch vòng kín sẽ nhỏ hơn rất nhiều . K s s h k + = 1 - Lúc hệ số trợt tĩnh yêu cầu cố định thì hệ thống mạch vòng kín có thể mở rất rộng phạm vi điều tốc . Muốn rút ra ba điều u việt nói trên thì hệ thống mạch vòng kín phải đợc bố trí bộ khuếch đại . Trên đây ta chỉ phân tích hệ thống kín với một mạch vòng phản hồi . Ngày nay hệ thống trang bị đòi hỏi chất lợng rất cao vì vậy ngời ta không chỉ dừng lại ở hệ kín với một mạch vòng phản hồi mà sử dụng nhiều mạch vòng phản hồi . Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp 5 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng Điều khiển nhiều mạch vòng là điều khiển hệ thống có từ hai mạch vòng trở lên, vòng này đan xen lồng vào vòng kia tạo nên, tơng đơng hệ thống nối cực trong quá trình điều khiển. Phổ biến hiện nay là sử dụng hệ thống phản hồi với hai mạch vòng phản hồi là âm tốc độ và âm dòng. Để khởi động nhanh nhất trong điều kiện cho phép , mấu chốt là ở chỗ cần phải nhận đợc một quá trình có dòng điện không đổi cực đại I đm . Theo quy luật điều khiển phản hồi , dùng phản hồi âm một đại lợng vật lý nào đó là có thể giữ cho đại lợng ấy cơ bản bất biến , thế thì dùng phản hồi âm dòng điện thì có thể nhận đợc quá trình dòng điện gần nh không đổi . Vấn đề là yêu cầu trong quá trình khởi động yêu cầu chỉ có phản hồi âm dòng điện mà không thể đồng thời có thêm phản hồi âm tốc độ. Sau khi đạt tới tốc độ quay trạng thái ổn định, lúc này yêu cầu lại chỉ có phản hồi âm tốc độ quay mà không có phản hồi âm dòng điện. Làm sao có thể thực hiện đợc tác dụng của hai loại phản hồi vừa cả âm tốc độ quay và cả âm dòng điện , lại vừa có thể làm cho chúng chỉ gây tác dụng riêng biệt trong những giai đoạn khác nhau ? Hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín chính là dùng để giải quyết vấn đề này. Có thể xây dựng trên hai sơ đồ cấu trúc : + Có hai mạch vòng phản hồi nhng chỉ có một bộ điều chỉnh . + Có hai mạch vòng phản hồi và có hai bộ điều chỉnh độc lập . * Có hai mạch vòng phản hồi nhng chỉ có một bộ điều chỉnh . K bbđ K kđ đ ft r s n n u cđ u )(1. IInUU cdv = Khi I<Ing => nUU cdv = Khi I>Ing => .InUU cdv = Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp 6 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng Khi khởi động : Dòng lớn khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào hạn chế dòng điện khởi động Eđc không lớn lắm sinh ra dòng điện chạy trong động cơ (Id) sau đó tốc độ tăng lên dòng có xu hớng giảm . Khi I<Ing thì phản hồi âm dòng ngừng tác động chỉ có phản hồi âm tốc độ tham gia nUU cdv = đặc tính cơ cứng => I = Iđm động cơ làm việc xác định . I đm I ng I d I n n 0 n, I 0 Điều chỉnh tốc độ : Điều chỉnh tốc độ bằng cách tăng hoặc giảm Ucđ. + Tăng tốc : Tăng Ucđ => Uv tăng Nếu tăng Ucđ một lợng nhỏ đảm bảo I<Ing thì phản hồi âm dòng không tham gia Nêu tăng Ucđ một lợng lớn mà I>Ing thì phản hồi âm dòng điện sẽ tham gia . + Giảm tốc : Giảm Ucđ Nếu giảm ở mức độ nhỏ động cơ làm việc ở góc phần t thứ nhất , Nếu giảm ở mức độ lớn : Nếu bộ biến đổi không có khả năng dẫn dòng theo hai chiều => hãm tự do . Nếu bộ biến đổi có khả năng dẫn dòng theo hai chiều động cơ hãm cỡng bức. Khi thay đổi phụ tải cũng xảy ra tơng tự + Tải tăng nhng I<Ing thì không có phản hồi âm dòng . + Tải tăng đến I>Ing khâu phản hồi âm dòng có tác dụng lớn giảm độ cứng đặc tính . đến khi I = Id thì tốc độ bằng không (đặt rơ le nhiệt để cắt hệ thống). Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp 7 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng K kđ K bbđ K đ r bbđ+ r s r Ư I ng I Ư u cđ n Từ sơ đồ cấu trúc ta tìm đợc + Khi I<Ing thì : Du DBBDkd uSBBD DBBDkd DBBDkdcd KI KKK RRR KKK KKKU n . 1 1 + ++ + = + Khi I>Ing thì : DBBDkd DBBDkdnguuuSBBD DBBDkd DBBDkdcd KKK KKKUIIRRR KKK KKKU n 1 )()( 1 + +++ + = Nhợc điểm của hệ thống sử dụng hai mạch vòng chung bộ điều chỉnh là tín hiệu phản hồi tốc độ biến thiên chậm gây sự bão hoà cho bộ khuếch đại . * Có hai mạch vòng phản hồi và có hai bộ điều chỉnh độc lập. Với hệ này đặc tính cơ có thể xảy ra ba trờng hợp sau : n 0 n II d I bh I đm I ng n, I 0 I 0 0 I 0 n, I = 0 I ng I đm I bh I d I n n 0 0 Trờng hợp 1 trờng hợp 2 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp 8 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng n 0 n II d I đm I ng I 0 0 Trờng hợp 3 Sơ đồ khối của hệ thống nh sau : u r s ft đ Ki Kbbđ K n u cđ n n Trong đa số các hệ truyền động thờng sử dụng bộ điều chỉnh nh trong trờng hợp 1 vì vừa đảm bảo độ cứng đặc tính cơ trong điều kiện làm việc bình th- ờng vừa có khả năng làm việc ( nhng đặc tính cơ mềm hơn ) khi xảy ra quá tải nhẹ . ta sẽ phân tích theo trờng hợp này và cũng chọn bộ điều chỉnh loại này cho bản đồ án . Sơ đồ cấu trúc : n I Ư I ng r Ư r bbđ+ r s K đ K bbđ K I K n u cđ + Khi I<Ing thì chỉ có mạch vòng phản hồi âm tốc độ tham gia . Du DBBDIn uSBBD DBBDIn DBBDIncd KI KKKK RRR KKKK KKKKU n . 1 1 + ++ + = + Khi Ibh<I<Ing thì cả hai mạch vòng cùng tham gia Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp 9 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng DBBDIn BBDInguuuSBBD DBBDIn DBBDIncd KKKK KKUIIRRR KKKK KKKKU n 1 .)()( 1 + +++ + = + Khi Id>I>Ing thì chỉ có mạch vòng phản hồi âm dòng điện tham gia DBBDInguuuSBBDBBDIbhr KKKUIIRRRKKUn ].).().[( +++= Kết luận : Khi sử dụng hệ thống kín với các mạch vòng phản hồi thì chất l- ợng truyền động đợc nâng lên rất nhiều cả chất lợng tĩnh và động , khắc phục đợc những nhợc điểm của hệ truyền động hở . Vì vậy trong bản đồ án này ta sử dụng hệ truyền động kín với hai mạch vòng âm tốc độ và âm dòng có ngắt . phần II : phân tích lựachọn phơng án truyền động điện *Khái niệm chung: * Nội dung: - Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tợng truyền động ta phải căn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lợng mà đa ra phơng án hợp lý. Với mỗi một đối tợng truyền động có thể thực hiện bằng các truyền động khác nhau. Mỗi phơng án đều có những u nhợc điểm của nó, nói chung phơng án đa ra cần đảm bảo các yêu cầu của đối t- ợng cần truyền động. Phải đảm bảo đợc các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật cũng nh về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọng hàng đầu. Thông thờng một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng nh tốn kém hơn về mặt kinh tế. Do vậy tuỳ thuộc yêu cầu chất lợng và độ chính xác của sản phẩm Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp 10 [...]... hệ truyền động điện gồm hai loại : - Động cơ điện xoay chiều : Chia là hai loại : 11 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng + Động cơ không đồng bộ : bao gồm động động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và động cơ không đồng bộ roto dây quấn + Động cơ đồng bộ - Động cơ điện một chiều : Chia làm ba loại : + Động cơ một chiều kích từ độc lập + Động cơ một chiều kích... không trơn I.1.1.2: Động cơ đồng bộ - Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ nh hình vẽ - Hình 1 : sơ đồ nguyên lý - Hình 2 : đặc tính cơ n n0 đc + mth - Hình 1 Hình2 16 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp m Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng - Động cơ đồng bộ sử dụng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ cao Động cơ đồng bộ thờng dùng cho các máy bơm , quạt gió , các hệ truyền động của nhà máy... động lớn 18 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng Vì từ thông phụ thuộc dòng điện nên khả năng chịu tải của động cơ không chịu ảnh hởng của sụt áp lới I.1.2.2: Động cơ một chiều kích từ độc lập : - Phơng trình đặc tính cơ điện : = - Phơng trình đặc tính cơ : = U R I K K U R M K ( K ) 2 Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho nh hình vẽ... trên I.1.2.1 : Động cơ một chiều kích từ nối tiếp 17 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng - Với động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta có cuộn dây kích từ đợc ghép nối tiếp với phần ứng - Phơng trình đặc tính cơ điện : = U R KC.I KC Phơng trình đặc tính cơ = U R KCM KC M = KCI 2 Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ điện và đặc tính cơ cho nh trên hình vẽ... tới hạn a = R1/R2 : Hệ số phụ thuộc sơ đồ nối mạch của động cơ Sth = R2/Xnm : hệ số trợt tới hạn 13 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng S= 1 : Hệ số trợt 1 Từ phơng trình đặc tính cơ ta đa ra các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ nh sau : - Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ - Thay đổi điện áp U khi tần số f = const - Thay đổi điện trở mạch roto... có tính phi tuyến nên điện áp chỉnh lu ra có dạng đập mạch rất cao * Nhận xét chung : Sau khi đa ra 4 phơng án trên kết hợp với các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và khả năng vận hành cùng với điều kiện phát triển của khoa học kỹ thuật chọn phơng án dùng T-Đ Vì phơng án này có nhiều u điểm phù hợp với yêu cầu công nghệ 28 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng II:... đảo chiều quay cho động cơ * n=3 Giả sử xét một sơ đồ chỉnh lu hình tia 3 pha nh sau : a b c atm k k k ba ck t3 r c t2 r t1 c r c đ ckt Khi cha có D0 Giản đồ điện áp và dòng điện nh sau : 31 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng u ua ub t1 0 iT v1 t2 v2 uc t3 v3 1 0 iT 2 0 iT 3 0 uT 1 0 Từ giản đồ điện áp ta thấy luôn tồn tại một phần điện áp âm Hoạt động... pháp thay đổi điện áp phần ứng a Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng - Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ nh hình vẽ 19 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng n uƯ + - no n1 n2 b a c rf = 0 rf # 0 rf # 0 đc rf ckt mdm = Mc m - Khi động cơ làm việc định mức Mđm = Mc - Muốn thay đổi tốc độ ta đóng các điện trở phụ... động cơ bao giờ cũng cần có bộ biến đổi , các bộ biến đổi này cấp điện cho mạch 23 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng phần ứng hoặc kích từ của động cơ Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 bộ biến đổi chính - Bộ biến đổi máy điện gồm : Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy khuếch đại - Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ - Bộ biến đổi chỉnh lu bán... Vậy sức điện động của máy phát tỉ lệ điện áp kích thích bởi hệ số hằng KF E F = K F U KF 24 Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c Dng Khi ta thay đổi UKF sẽ thay đổi đợc EF tức là thay đổi đợc điện áp đặt lên động cơ Nếu đặt R = RF + RD Thì ta có phơng trình đặc tính của hệ nh sau : = KF R U KF I K K KF R U KF M K ( K ) 2 M = 0 (U KF U KD ) U KD = Từ hệ trên . (*) Giả sử f = fcb = 50Hz , U1 = const. + Nếu điều chỉnh f > fcb : Từ (*) ta thấy khi f tăng thì giảm ( vì U = const) muốn giữ cho mômen không đổi ( M = K. .I2.cos = const ) thì I2 phải tăng lên. giảm ở mức độ lớn : Nếu bộ biến đổi không có khả năng dẫn dòng theo hai chiều => hãm tự do . Nếu bộ biến đổi có khả năng dẫn dòng theo hai chiều động cơ hãm cỡng bức. Khi thay đổi phụ tải cũng. Dng - Bỏ qua quan hệ phi tuyến giả thiết các quan hệ vào ra là tuyến tính - Bỏ qua điện trở trong của nguồn điện một chiều và triết áp. i d u d tg mbbđgta u et u n u n u n * Nh vậy quan hệ của