Giáo trình Truyền động điện (Nghề Điện công nghiệp Trung cấp)

SỞ GIAO THÔNG VẬN TẢI NAM ĐỊNH TRƢỜNG TRUNG CẤP GIAO THƠNG VẬN TẢI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN: Truyền động điện NGÀNH/NGHỀ: Điện cơng nghiệp TRÌNH ĐỘ: Trung cấp (Lƣu hành nội bộ) Ban hành kèm theo Quyết định số: 316/QĐ-TTCGTVT ngày 07 tháng 05 năm 2021 Hiệu trưởng trường Trung cấp GTVT Nam Định Nam Định, năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Máy điện tài liệu dùng để dạy học sinh nghề Điện công nghiệp nhằm hình thành kiến thức ứng dụng, kỹ thực hành nghề thái độ nghề nghiệp trình độ Trung cấp, phạm vi mơn học Nội dung giáo trình bao gồm phần: Cơ học truyền động điện; Các đặc tính trạng thái làm việc động điện; Điều khiển tốc độ truyền động điện; Ổn định tốc độ hệ thống truyền động điện; Đặc tính động hệ truyền động điện; Chọn công suất động cho hệ truyền động điện Tài liệu giáo viên nghề Điện cơng nghiệp, Khoa CN Ơ TƠ & ĐKMTCCG, Trường Trung cấp Giao thông vận tải Nam Định biên soạn, theo chương trình khung nghề Điện cơng nghiệp Trường Trung cấp Giao thông vận tải Nam Định kết hợp tham khảo số tư liệu nước Với kinh nghiệm trình độ cịn hạn chế, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp, bảo nhà khoa học, giáo viên bạn đọc quan tâm để bổ sung, điều chỉnh cho giáo trình ln cập nhật hồn thiện theo hướng bản, đại, phù hợp với điều kiện Việt Nam đáp ứng nhu cầu xã hội Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về: Nghề Điện cơng nghiệp, Khoa CN Ô TÔ & ĐKMTCCG, Trường Trung cấp Giao thông vận tải Nam Định Xin trân trọng cảm ơn! Nam Định, ngày 28 tháng 03 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Ngô Thị Oanh Thành viên tham gia: Nguyễn Thị Liên MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu Bài mở đầu: Khái quát chung hệ truyền động điện Khái quát chung hệ truyền động điện Phân loại hệ truyền động điện Chương 1.Cơ học truyền động điện 11 Đặc tính máy sản xuất, động 11 Các trạng thái làm việc xác lập hệ truyền động điện 14 Chương 2.Các đặc tính trạng thái làm việc động điện 18 Đặc tính động điện DC, trạng thái khởi động hãm 18 Đặc tính động điện khơng đồng bộ, trạng thái khởi động hãm 46 Đặc tính động điện đồng bộ, trạng thái khởi động hãm 67 Chương Điều khiển tốc độ truyền động điện 73 Khái niệm điều chỉnh tốc độ hệ truyền động điện ; tốc độ đặt ; tiêu chất lượng truyền động điều chỉnh 73 Điều chỉnh tốc độ động cách điều chỉnh sơ đồ mạch 74 Điều chỉnh tốc độ động cách điều chỉnh thông số động 81 Điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp nguồn 84 Chương Ổn định tốc độ làm việc hệ truyền động điện 89 Khái niệm ổn định tốc độ, độ xác trì tốc độ 89 Hệ truyền động vịng kín: hồi tiếp âm điện áp, âm tốc độ 89 Chương Đặc tính động hệ truyền động điện 93 Đặc tính động truyền động điện 93 Quá độ học, độ điện hệ truyền động điện 94 Chương Chọn công suất động cho hệ truyền động điện 100 Phương pháp chọn động truyền động cho tải theo nguyên lý phát nhiệt 100 2 Chọn công suất động cho truyền động không điều chỉnh tốc độ 104 Tính chọn cơng suất động cho truyền động có điều chỉnh tốc độ 107 4.Kiểm nghiệm công suất động 108 Tài liệu tham khảo 114 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/ MƠ ĐUN Tên môn học/ mô đun: Truyền động điện Mã môn học/ mơ đun: MĐ19 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/ mơ đun: - Vị trí: Trước học mơn học cần hồn thành mô đun môn học sở, đặc biệt mô đun môn học: Mạch điện; Trang bị điện; Máy điện - Tính chất: Là mơ đun kĩ thuật chuyên môn, thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơn học/ mơ đun: Mô đun kĩ thuật chuyên môn giúp cho học sinh hiểu rõ hệ truyền động điện, tạo tiền đề cho mô đun sau Mục tiêu môn học/ mơ đun: - Kiến thức: + Trình bày nguyên tắc phương pháp điều khiển tốc độ hệ truyền động điện + Đánh giá đặc tính động hệ điều khiển truyền động điện - Kỹ năng: + Tính chọn động điện cho hệ truyền động không điều chỉnh; + Lựa chọn biến đổi phù hợp với yêu cầu hệ truyền động - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, tác phong công nghiệp cho học sinh BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mã bài: 19- 00 Giới thiệu: Bài học giới thiệu tới sinh viên khái niệm hệ truyền động điện, hệ truyền động điện máy sản xuất, cấu trúc cách phân loại hệ thống truyền động điện, từ giúp sinh viên phân tích hệ truyền động điện thực tế có nguồn kiến thức để phục vụ cho học Mục tiêu: - Trình bày khái niệm, đặc điểm, ý nghĩa hệ truyền động điện - Giải thích cấu trúc chung phân loại hệ truyền động điện - Rèn luyện đức tính chủ động, nghiêm túc học tập công việc Khái quát chung hệ truyền động điện Truyền động cho máy, dây chuyền sản xuất mà dùng lượng điện gọi truyền động điện (TĐĐ) Định nghĩa: Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu chấp hành máy sản xuất, đồng thời điều khiển dịng lượng theo u cầu cơng nghệ máy sản xuất Ví dụ: - Hệ truyền động máy bơm nước - Truyền động mâm cặp máy tiện - Truyền động cần trục máy nâng 1.1.Hệ truyền động máy sản xuất Máy sản xuất thiết bị sử dụng để sản xuất sản phẩm thực yêu cầu công nghệ CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cấu làm việc, thực thao tác sản xuất công nghệ (gia công chi tiết, nâng - hạ tải trọng, dịch chuyển ) Hệ truyền động máy sản xuất tập hợp thiết bị phục vụ cho việc truyền chuyển động từ động điện tới cấu sản xuất thực việc sản xuất sản phẩm theo yêu cầu công nghệ Hệ truyền động máy sản xuất a Truyền động máy bơm nước Hình Truyền động máy bơm nƣớc Động điện Đ biến đổi điện thành tạo mômen M làm quay trục máy cánh bơm Cánh bơm cấu cơng tác CT chịu tác động nước tạo Momen MCT ngược chiều tốc độ quay ω trục, Momen tác động lên trục động cơ, ta gọi Momen cản MC Nếu MC cân với Momen động cơ: MC = M hệ có chuyển động ổn định với tốc độ không đổi ω = const b Truyền động mâm cặp máy tiện Hình 2.Truyền động mâm cặp máy tiện Cơ cấu công tác CT bao gồm mâm cặp MC, phôi PH kẹp mâm dao cắt DC Khi làm việc động Đ tạo ram omen M làm quay trục, qua truyền lực TL chuyển động quay truyền dến mâm cặp phôi Lực cắt dao tạo phơi hình thành Momen MCT tác động cấu cơng tác có chiều ngược với chiều chuyển động Nếu dời điểm đặt MCT trục dộng ta có Momen cản MC Nếu MC cân với Momen động cơ: MC = M hệ có chuyển động ổn định với tốc độ không đổi ω = const c Truyền động cần trục máy nâng Hình 3.Truyền động cần trục Cơ cấu công tác gồm trống tời TT, dây cáp C tải trọng G Lực trọng trường G tác động lên trống tời tạo Momen cấu công tác MCT dời điểm đặt MCT trục dộng ta có Momen cản MC Nếu MC cân với Momen động cơ: MC = M hệ có chuyển động ổn định với tốc độ không đổi ω = const 1.2.Cấu trúc chung hệ truyền động điện (Hình 4) Về cấu trúc, hệ thống TĐĐ nói chung bao gồm khâu: Hình Cấu trúc chung hệ truyền động điện BBĐ: Bộ 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 điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số Các BBĐ thường dùng máy phát điện, hệ máy phát - động (hệ F-Đ), chỉnh lưu không điều khiển có điều khiển, biến tần Đ: Động điện, dùng để biến đổi điện thành hay thành điện (khi hãm điện) Động có loại: chiều, xoay chiều loại động đặc biệt Các động điện thường dùng là: động xoay chiều KĐB ba pha rơto dây quấn hay lồng sóc; động điện chiều kích từ song song, nối tiếp hay kích từ nam châm vĩnh cữu; động xoay chiều đồng TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động điện đến cấu sản xuất dùng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) làm phù hợp tốc độ, mơmen, lực Để truyền lực, dùng bánh răng, răng, trục vít, xích, đai truyền, ly hợp điện từ CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cấu làm việc, thực thao tác sản xuất công nghệ (gia công chi tiết, nâng - hạ tải trọng, dịch chuyển ) ĐK: Khối điều khiển, thiết bị dùng để điều khiển biến đổi BBĐ, động điện Đ, cấu truyền lực Khối điều khiển bao gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số cơng nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các rơle, cơng tắc tơ) hay khơng có tiếp điểm (điện tử, bán dẫn) Một số hệ TĐĐ TĐ khác có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác máy tính điều khiển, vi xử lý, PLC Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy tín hiệu phản hồi loại đồng hồ đo, cảm biến từ, cơ, quang CHƢƠNG 6: CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mã chƣơng: 20-06 Gới thiệu: Trong hệ truyền động điện ln có thay đổi tải trình làm việc hệ Việc lựa chọn động cho phù hợp với thay đổi phụ tải hệ truyền động điện quan trọng Trong học trình bày chế độ làm việc động cơ, phương pháp chọn công suất động làm việc chế độ cách kiểm nghiệm công suất động Mục tiêu: - Chọn công suất động cho truyền động có điều chỉnh khơng điều chỉnh tốc độ - Kiểm nghiệm công suất động sau chọn cho phù hợp với máy sản xuất - Chủ động, nghiêm túc học tập công việc 1.Phƣơng pháp chọn động truyền động cho tải theo nguyên lý phát nhiệt Mục tiêu: Trình bầy phương pháp chọn động truyền động cho tải theo nguyên lý phát nhiệt 1.1.Phát nóng nguội lạnh máy điện a Nguyên nhân phát nóng động Trong trình làm việc, thực biến đổi điện thành năng, phần lượng bị tiêu tán bên động dạng nhiệt, biểu diễn dạng tổn thất công suất:  P = Pđ - Pcơ Pđ: Công suất điện mà động tiêu thụ từ lưới Pcơ ( Pc ): Công suất động đưa đầu trục Vì Pcơ =  Pđ   P = (1-) Pđ = (1   ) Pc  = (1  đm ) Pc đm Pcđđ (Nếu chế độ định mức) Công suất tổn hao gồm ba phần: - Tổn hao ma sát ổ bi Roto quay không khí - Tổn hao sắt từ, phụ thuộc chất lượng lõi sắt rôto Stator - Tổn hao cuộn dây (tổn hao đồng) hiệu ứng Jull Tổn hao tỉ lệ với bình phương dịng chạy qua Roto, Stator -> phụ thuộc vào tải -> Tổn hao thuộc loại tổn hao biến đổi, chiếm tỉ lệ lớn P : Vậy P = P không đổi + P biến đổi Chính P sinh nhiệt lượng đốt nóng động làm t động tăng lên Nếu động không trao đổi nhiệt với mơi trường xung quanh t0 tăng đến  động làm việc lâu dài Thực tế, nhiệt lượng toả mơi trường ngồi qua mặt ngồi động 100 làm hạn chế phát nóng Sau thời gian làm việc, t động không tăng mà đạt trị số ổn định Lúc đó, nhiệt lương tỏa môi trường đơn vị thời gian nhiệt lượng sinh động Đó trạng thái cân động nhiệt động cơ: b Các phương trình cân nhiệt Giả thiết động vật thể đồng nhất, nhiệt độ giống điểm dẫn truyền nhiệt tức thời (hệ số dẫn nhiệt lớn) Nhiệt lượng sinh động thời gian dt là: P dt (J), nhiệt lượng chia làm hai phần: Phần nhiệt lượng làm cho động nóng lên C.d (C: Nhiệt dung động cơ, tức nhiệt lượng cần thiết làm cho động nóng lên 10c (J/0C)), : Nhiệt sai (nhiệt độ chênh lệch động môi trường(0C) ) Phần nhiệt lượng từ động toả môi trường khoảng dt: A  dt (A: Hệ số toả nhiệt, nhiệt lượng mà động toả môi trường đơn vị thời gian chênh lệch nhiệt độ động nhiệt độ môi trường là10C(w/0C)); A phụ thuộc vào điều kiện làm mát động cơ, làm mát tốt A lớn Vậy, phương trình cân nhiệt: P dt = Cd + Adt (1) Dùng phương pháp phân ly biến số, giải (1) với , điều kiện đầu: t=0, = bđ ta có nghiệm: =ơđ (1 - e-t/ )(2) ôđ = C P : Nhiệt sai ổn định ; : Hằng số thời gian đốt nóng : = (thực chất, A A nghiệm là:  = ôđ + (bđ- ơđ) e-t/, t = có bd = 0: t0 động = t0môi trường) => = ơđ (1 - e-t/) Đây phương trình biểu diễn đường cong phát nóng động Khi làm việc với nhiệt sai đó, cắt động khỏi nguồn điện động nguội dần Lúc này, nguyên nhân sinh nhiệt động lượng mát ma sát nhỏ nên xem nhiệt lượng phát ra: Q=0 (ôđ =0) => = bđ e-t/ Đây phương trình biểu diễn đường cong nguội lạnh động Chú ý: bđ q trình nguội lạnh ơđ q trình phát nóng Từ đó, ta xây dựng đường cong phát nóng nguội lạnh: 1.2.Các chế độ làm việc truyền động điện Để tiến hành chọn công suất động điện dựa theo chế độ nhiệt động cơ, người ta phân loại chế độ làm việc động cơ: a Chế độ làm việc dài hạn Chế độ động làm việc có phụ tải thời gian dài Do đó, làm việc, động có nhiệt độ đạt tới giá trị ổn định Trong đó, nhiệt sai động đạt tới trị số ổn định 101 VD: Động làm việc chế độ dài hạn động kéo quạt gió, bơm nước, máy nén khí Giản độ phụ tải đường cong nhiệt sai động hình vẽ Hình 6-1 Giản độ phụ tải đƣờng cong nhiệt sai chế độ dài hạn b Chế độ làm việc ngắn hạn Động làm việc có phụ tải thời gian ngắn Nhiệt sai động chưa đạt tới trị số ổn định phụ tải, thời gian nghỉ động dài, nhiệt sai động đủ để giảm xuống nhiệt sai ban đầu VD: Động đóng, mở cửa đập nước, động cấu nâng – hạ xà ngang, nêm chặt xà máy cắt gọt kim loại lớn (Tiện đứng, phay giường, bào giường…) Giản đồ phụ tải, đường cong nhiệt sai hình vẽ: Hình 6-2 Giản độ phụ tải đƣờng cong nhiệt sai chế độ ngắn hạn c Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Thời gian làm việc có phụ tải thời gian nghỉ xen kẽ Các khoảng thời gian tương đối ngắn thời gian làm việc: t lv, nhiệt sai động chưa đạt tới trị số ổn định phụ tải.Trong thời gian nghỉ, nhiệt sai động giảm chưa trị số cũ lại có phụ tải, nhiệt sai lại tăng lên Q trình mà lặp lại, cuối cùng, nhiệt độ động dao động xung quanh nhiệt độ ổn định trung bình tb max min VD: Cầu trục, máy hàn, cần trục… 102 Chế độ đặc trưng hệ số thời gian đóng điện tương đối: %= tlv t  100%  lv  100% Các trị số tiêu chuẩn  % là: 15%; 25%; 40%; tlv  tng Tck 60% Hình 6-3 Giản độ phụ tải đƣờng cong nhiệt sai chế độ ngắn hạn lặp lại 1.3 Phương pháp chung chọn công suất động a Các tiêu chọn động điện Chọn động điện phải đảm bảo hai mặt: Kinh tế kỹ thuật * Về mặt kỹ thuật: - Động chọn phải có cấp điện áp phù hợp với nguồn - Động phải thích ứng với mơi trường làm việc (khơ ráo, ẩm ướt, bụi bẩn, nóng lạnh…) - Động đựơc chọn phải thoả mãn điều kiện phát nóng (Điều kiện nhất), cho làm việc bình thường tải cho phép, t động không vượt t0 cho phép - Động phải đảm bảo tốc độ yêu cầu, xem có hay khơng điều chỉnh tốc độ, có cấp hay vô cấp - Phải đảm bảo điều kiện khởi động tốt theo yêu cầu phụ tải * Về mặt kinh tế Động điện chọn phải làm việc với hiệu suất kinh tế cao, vốn đầu tư rẻ chi phí vận hành, bảo quản sửa chữa thấp, sử dụng hết công suất động b Các bước chọn công suất động Động điện muốn kéo đựơc cấu sản xuất cần phải sản mơmen M đ có khả khắc phục mômen sau: Mômen phụ tải cấu sản xuất: M pt; 103 Mômen không tải M0; Mômen động Mđg, nghĩa Mđ  Mpt + M0 + Mđg Muốn tìm Mđ cần có điều kiện ban đầu bước tính tốn * Điều kiện ban đầu - Phải có biểu đồ phụ tải cấu sản xuất: M c = f1(t) Pc = f2(t) nhiệt lượng tiêu hao Q= f3(t) hay dòng điện I= f4(t) - Phải có biểu đồ biến thiên tốc độ qúa trình làm việc: n= f 5(t)  = f6(t) Giả thiết biểu đồ cho hình vẽ trang bên * Các bước tính tốn Trước hết vào biểu đồ phụ tải tĩnh: Mc = f(t), tính mơmen trung bình theo n biểu thức: M tb  M t i i i 1 n t i 1 i Sau đó, chọn sơ động có Mđm  Mtb - Tính mơmen động: Mđg ( xuất trình độ: Mở, hãm, đảo chiều quay động v.v…): M đg  M Đ  M c  J ht d  J ht  tg dt Jht: Mơmen qn tính hệ thống quy đổi đầu trục động - Vẽ biểu đồ Mđg = f(t) hình vẽ - Vẽ biểu đồ phụ tải động hệ thống hình vẽ: Mcđg= Mpt+ Mo + Mđg - Dựa vào biểu đồ phụ tải động, kiểm tra khả tải động theo điều kiện: M Mđm  Mmax Trong đó: Mđm: Momen định mức động chọn sơ đồ Mmax: Momen max biểu đồ phụ tải M: Bội số mômen (hệ số tải) - Kiểm tra lại suất động theo điều kiện phát nóng Nếu kiểm tra khơng thoả mãn => Chọn lại động 2.Chọn công suất động cho truyền động khơng điều chỉnh tốc độ Mục tiêu: Trình bầy phương pháp chọn công suất động cho truyền động không điều chỉnh tốc độ Để chọn công suất động cơ, ta cần phải biết đồ thị phụ tải M c(t) Pc(t) quy đổi trục động giá trị tốc độ yêu cầu Từ đồ thị phụ tải, chọn sơ công suất động cơ, tra sổ tay tham số, từ đó, xây dựng đồ thị phụ tải xác Sau đó, tiến hành kiểm nghiệm động chọn 2.1.Chọn công suất động làm việc dài hạn Đối với phụ tải dài hạn, có loại khơng đổi, có loại biến đổi 104 * Phụ tải dài hạn không đổi: Động cần chọn phải có cơng suất định mức lớn cơng suất yêu cầu: Pđm ≥ Pc tốc độ định mức phù hợp với yêu cầu Thường chọn P đm = (1  1,3)Pc Trong trường hợp này, việc kiểm nghiệm động đơn giản, không cần kiểm nghiệm tải mômen, cần phải kiểm nghiệm điều kiện khởi động phát nóng * Phụ tải dài hạn biến đổi: Để chọn động phải xuất phát từ đồ thị phụ tải, tính giá trị trung bình mơmen cơng suất: n M tb   M t i i o n t i o i  P t i i ; i Ptb  t i Động chọn phải có: Mđm = (1  1,3).Mtb Pđm = (1  1,3).Ptb Điều kiện kiểm nghiệm: Kiểm nghiệm phát nóng, khởi động, tải mômen 2.2.Chọn công suất động làm việc ngắn hạn Trong chế độ làm việc ngắn hạn sử dụng động dài hạn sử dụng động chuyên dùng cho chế độ làm việc ngắn hạn a) Chọn động dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: Trong trường hợp khơng có động chuyên dụng cho chế độ ngắn hạn, ta chọn động thông thường chạy dài hạn để làm việc chế độ ngắn hạn Nếu chọn động dài hạn theo phương pháp thơng thường có Pđm = (1÷1,3)Pc làm việc ngắn hạn khoảng thời gian tlv nhiệt độ động tăng tới nhiệt độ τ1 nghỉ làm việc sau hạ nhiệt độ đến nhiệt độ mơi trường τmt Rõ ràng việc gây lãng phí khơng tận dụng hết khả chịu nhiệt (tới nhiệt độ τôđ) động Vì dùng động dài hạn để làm việc chế độ ngắn hạn, cần chọn công suất động nhỏ để động phải làm việc tải thời gian đóng điện tlv Động tăng nhiệt độ nhanh kết thúc thời gian làm việc, nhiệt độ động không nhiệt độ τôđ cho phép Như vậy, để chọn động dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn, ta phải dựa vào công suất làm việc yêu cầu Plv giả thiết hệ số tải công suất x để chọn sơ công suất động dài hạn (Plv = x.Pđm hay Mlv = x.Mđm) Từ xác định thời gian làm việc cho phép động vừa chọn Việc tính chọn lập lại nhiều lần cho tlv tính tốn ≤ tlv u cầu 105 b) Chọn động ngắn hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: Động ngắn hạn chế tạo có thời gian làm việc tiêu chuẩn 15, 30, 60, 90 phút Như ta phải chọn tlv = tchuẩn công suất động Pđm chọn ≥ Plv hay Mđm chọn ≥ Mlv Nếu tlv ≠ tchuẩn sơ chọn động có tchuẩn Pđm gần với giá trị tlv Plv Sau xác định tổn thất động ∆Pđm với công suất ∆Plv với Plv Quy tắc chọn động là: Đồng thời tiến hành kiểm nghiệm động theo điều kiện tải mômen mômen khởi động điều kiện phát nóng 2.3.Chọn cơng suất động làm việc ngắn hạn lặp lại Sau thời gian, nhiệt sai động ổn định biến thiên khoảng min, max Tương tự trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta chọn động dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại chọn động chuyên dùng ngắn hạn lặp lại * Chọn công suất động dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại Thường động dài hạn chọn: Pđm  Plv Hệ số tải nhiệt: = Plv   od Pdm  max Từ đường cong phát nóng, ta có  =  od  e t /  'v   max  e t / v lv lv Trong đó: : Hằng số thời gian phát nóng   t v C ;  '  lv ;   tlv   vo A : Hệ số xét đến điều kiện làm mát bị xấu thời gian nghỉ t0 ( = 0,5: Động chiều,  = 0,25: Động KĐB) Dựa vào đồ thị phụ tải, xác định Plv yêu cầu, tlv, to từ chọn sơ cơng suất động để có  o tính ’ suy  Dùng phương pháp tính lặp cho: Plv   Pdm * Chọn công suất động ngắn hạn lặp lại cho phụ tải ngắn hạn lặp lại Động ngắn hạn lặp lại chế tạo chuyên dùng, độ bền khí tốt, quán tính nhỏ, khả tải lớn (từ 2,53,5), đồng thời chế tạo chuẩn với % = 15%; 25%; 40%; 60% Động chọn cần thỏa mãn hai điều kiện: + Pđm chọn ≥Plv + %đm chọn phù hợp với %lv 106 Trường hợp chưa phù hợp hiệu chỉnh lại Pđm theo cơng thức:  lv % Pđmchọn ≥Plv  % dm chon Chú ý: Trường hợp phụ tải biến đổi phải dùng công thức đại lượng đẳng trị: Pt t Pđt = i i i ;  dt %  t t  t i i io Sau kiểm tra tải mômen, mômen khởi động phát nóng 3.Tính chọn cơng suất động cho truyền động có điều chỉnh tốc độ Mục tiêu: Trình bầy phương pháp tính chọn cơng suất động cho truyền động có điều chỉnh tốc độ Để tính chọn cơng suất động trường hợp này, cần phải biết yêu cầu bản: + Đặc tính phụ tải: Pyêu cầu (); Myêu cầu(); đồ thị phụ tải: Pc(t); Mc(t); (t) + Phạm vi điều chỉnh tốc độ: max, min + Loại động (một chiều xoay chiều) dự định chọn + Phương pháp điều chỉnh BBĐ hệ thống truyền động cần định hướng trước Như vậy, để tính chọn cơng suất động ta phải biết phụ tải Trong nhiều trường hợp, phụ tải khác Ta chia thành hai nhóm + Nhóm 1: tốc độ, điều chỉnh Mc = const, công suất cản tỉ lệ bậc với tốc độ + Nhóm 2: tốc độ, điều chỉnh cơng suất khơng đổi (P c = const), cịn Mc tỉ lệ nghịch với tốc độ: M c  Po  Đối với động điện, phương pháp điều chỉnh tốc độ theo tải cho phép chia hai nhóm: + Nhóm 1: Điều chỉnh tốc độ với mômen cho phép động không biến đổi tốc độ, thường gọi phương pháp điều chỉnh tốc độ mômen cho phép không đổi, Rp tỉ lệ bậc với  Các phương pháp thường thực cách thay đổi điện áp R p mạch phần ứng động điện chiều KTĐL, thay đổi Rp mạch rôtor số đơi cực ĐCKĐB + Nhóm 2: Điều chỉnh tốc độ với Pcp = const; M cp  Pcp  , thực cách giảm (ĐCMC) thay đổi số đôi cực (1 số trường hợp ĐCKĐB) * Chọn công suất động cho truyền động điều chỉnh tốc độ có: Mc = const 107 * Trường hợp: Mcp = const Động chọn phải có: Mđm = Mc đm = max (điều chỉnh tốc độ thấp tốc độ bản) Pđm = Mđm.đm = Mcmax = Pcmax * Trường hợp: Pcp = const Động chọn phải có: Pđm = Pcmax =Mcmax đm = min (điều chỉnh n>ncb Pcp = const) Mđm = Pdm dm  Pc max min  Mc max  M c D mim Cho thấy: Những truyền động yêu cầu Mc = const, chọn động theo phương pháp điều chỉnh tốc độ có: Pcp = const (khơng phù hợp yêu cầu tải) => Mđm = D.Mc => Tăng kích thước, giá thành động * Chọn cơng suất động có Pc = const - Pcp = const: Phù hợp với yêu cầu phụ tải Yêu cầu: Pđm = Pc Mđm = Pdm dm Riêng ĐCMCKTĐL: Pcp = const (thực nghiệm với n>ccb cách ) Yêu cầu chọn: đm = min Mđm = Pc min  M c max * Mcp = const (không phù hợp với yêu cầu tải) Yêu cầu chọn: Mđm = Mcmax Với M c max  Pc min Mcp = const => thực với  < cb phải chọn: đm = max Pđm = Mđm đm = Pc max  Pc D min 4.Kiểm nghiệm công suất động Mục tiêu: Trình bầy phương pháp iểm nghiệm cơng suất động Để khẳng định chắn việc tính chọn sơ công suất động chấp nhận được, ta cần phải kiểm nghiệm lại việc tính chọn Yêu cầu kiểm nghiệm: - Kiểm nghiệm phát nóng: P  Pcp - Kiểm nghiệm tải mômen: M.Mđm đông > Mcmax - Kiểm nghiệm mômen khởi động: Mkđ đông ≥ Mc mở máy 108 * Để kiểm nghiệm công suất động theo điều kiện phát nóng, người ta dùng phương pháp sau: - Phương pháp nhiệt sai cực đại - Phương pháp tổn thất trung bình: Ptb - Phương pháp đại lượng đẳng trị * Phương pháp tổn thất trung bình: Ptb Phương pháp tổn thất trung bình xuất phát từ giả thiết Trong trình làm việc với phụ tải biến đổi, điều kiện toả nhiệt không đổi, số thời gian phát nóng  khơng đổi, tổn thất cơng suất trung bình chu kỳ làm việc khơng đượt vượt tổn thất công suất định mức động nghĩa nhiệt độ cuộn dây không vượt nhiệt độ cho phép Tổn thất công suất trung bình tính cho chu kỳ làm việc với phụ tải biến đổi xét: P t  P2   Pn t n Ptb  1 t1  t   t n Động chọn phải thoả mãn điều kiện: Pđm ≥ Ptb Trong đó: Pđm xác định từ trước: Pdm  Pdm   dm  dm Trong thực tế, để xác định Ptb, ta dựa vào quan hệ Pcơ(t) đường cong (Pcơ): Pcơ : Công suất đầu trục động  = f(Pcơ): Vẽ từ lý lịch máy điện biểu diễn hình vẽ Tổn hao cơng suất động phụ tải Pi xác định Pi  Pi i i ; i = 1, 2, Pi i: Công suất trục hiệu suất động thời gian ti, xác định hình vẽ - Tổn thất cơng suất trung bình, tính cho chu kỳ có n đoạn là: n Ptb   P t i i 1 i n t i 1 i n Chú ý: Với quạt gió tự làm mát, Ptb   P t i 1 i i   t k    t o   tu Trong đó: to : Là thời gian nghỉ : Hệ số, : hệ số giảm truyền nhiệt khởi động hãm ( = 0,75: ĐCMC;  = 0,5: ĐCXC) 109 tk: Thời gian khởi động hãm * Kiểm nghiệm điều kiện phát nóng phương pháp dịng điện đẳng trị: Iđt Ta biết: Tổn thất động gồm phần: Tổn thất biến đổi tổn thất không đổi, đoạn phụ tải thứ n ta có: Pn = K + Vn = K + b.I2n Từ biểu thức tổn thất trung bình: Ptb  P1 t1  P2 t   Pn t n t1  t   t n Nếu xem: Ptb = K + b.I2đt thì: Ptb = K + b.I2đt = ( K  b.I12 ).t1  ( K  b.I 22 ).t   ( K  b.I n2 ) t1  t   t n Trong đó: K: tổn thất không đổi V: Tổn thất biến đổi: V = b.I2 B: Hệ số Xem tổn thất không đổi K phụ tải biến đổi nhau, ta được: Iđt = I12 t1  I 22 t   I n2 t n t1  t   t n Điều kiện kiểm nghiệm: Iđt  Iđm động Để tính tốn giá trị Iđt, ta giải tích q trình q độ Giả thiết ta có kết tình dịng điện i(t) dạng đường liên tục, dùng phương pháp bậc thang xác định i i; ti Trường hợp đường cong dịng điện có dạng tăng trưởng lớn, ta dùng công thức gần đúng: I i  I di I ci  I Trong đó: Iđi Ici xác định theo hình C * Phương pháp mômen đẳng trị: Kiểm tra theo điều kiện phát nóng gián tiếp, mơmem suy từ phương pháp dịng đẳng trị Khi mơmen tỉ lệ với dòng điện: M = C.I (C: Hệ số tỉ lệ) Đối với động chiều: Động thoả mãn động không đổi Đối với động xoay chiều KĐB: M = CM.I2.2.cos2 Ta cần phải có 2 = const cos2 = const Cơng thức kiểm nghiệm: Mđt = n  M i2 ti TcK Mđm động ≥ Mđt *Phương pháp công suất đẳng trị Ở truyền động tốc độ thay đổi P  M -> dùng cơng suất đẳng trị để kiểm nghiệm phát nóng: Pđđộng ≥ Pđt 110 Pđt = n  Pi ti TcK i 1 Thực tế đồ thị phụ tải, tốc độ truyền động có thay đổi lớn, q trình khởi động hãm Do cần phải tính tốn , hiệu chỉnh P(t) (Dùng TĐ tốc độ thay đổi M  P) Bài tập thực hành: Bài 1.Cho đồ thị phụ tải tĩnh máy sản xuất có tham số sau : - Hệ thống yêu cầu tốc độ 1800V/phút - Động để kéo hệ thống có :Pđm = 13KW, nđm = 1000V/phútm = 2,2 - Hãy kiểm tra tính hợp lý động Bài Cho đồ thị phụ tải sau : - Có tốc độ yêu cầu nyc = 720V/phút - Động kéo máy có thơng số :Pđm = 11KW, nđm = 720V/phút, Uđm = 220/380V, đc = 60% đấu - Hãy kiểm tra công suất động Bài 3.Hãy xác định công suất động kéo máy sản xuất có đồ thị phụ tải sau: - Có tốc độ yêu cầu 1450V/phút Bài4.Cho đồ thị phụ tải sau : - Dùng cho động dài hạn có Pđm = 10 KW, nđm = 750V/phút, Uđm = 220/380V kéo phụ tải tốc độ định mức - Hãy kiểm tra công suất động 111 Bài 5.Hãy xác định công suất động nâng hàng cầu trục có đồ thị phụ tải sau : - Tốc độ yêu cầu 720V/phút, bỏ qua tổn hao khâu truyền lực Bài Công suất động 14KW, tc = 60% Kiểm tra công suất động theo đồ thị phụ tải tĩnh cho Nếu giữ công suất động không thay đổi, giảm hệ số đóng điện động xuống 45% động có đạt u cầu khơng ? Bài Tốc độ yêu cầu = 720V/phút Động kéo máy có số liệu sau : Pđm = 16KW, nđm = 720V/phút, Uđm = 230/380V, đc = 40% đấu Hãy kiểm nghiệm công suất động Bài 8.Cho đồ thị phụ tải hình vẽ : Tốc độ yêu cầu hệ thống 720V/phút Động kéo hệ thống có Pđm = 11KW, Uđm = 380V, m = 1,8, nđm = 720V/phút Hãy kiểm tra điều kiện tải động 112 Hình 6-4 Đồ thị phụ tải động CÂU HỎI ÔN TẬP 1.Trình bầy phương pháp chọn động truyền động cho tải theo nguyên lý phát nhiệt? 2.Trình bầy phương pháp chọn công suất động cho truyền động không điều chỉnh tốc độ? 3.Trình bầy phương pháp chọn cơng suất động cho truyền động không điều chỉnh tốc độ? Trình bầy phương pháp kiểm nghiệm cơng suất động ? 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Cơ sở truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2007 [2]- Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2006 [3]- Nguyễn Tiến Ban, Thân Ngọc Hoàn, Điều khiển tự động hệ thống truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2007 [4]- Võ Quang Lạp,Trần Thọ, Cơ sở truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2004 114