tính toán và thiết kế truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục 2

TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐƯỢC THÊM VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC...54CHƯƠNG IV: YÊU CẦU HẠ TẢI...57I.ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG ¼ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC CÓ MOMENT...

Trang 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆNĐỀ TÀI:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNGCHO CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC

GVHD:TS.Nguyễn Thị Mi Sa SVTH: Lê Thành Đạt MSSV: 19142292

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022

Trang 2

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆNGVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN

Họ và tên sinh viên thực hiện: Lê Thành Đạt MSSV:19142292 Lớp:191421C

Chuyên ngành: CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Nội dung: Báo cáo môn học Đồ án Truyền Động Điện

GV hướng dẫn và đánh giá: TS.Nguyễn Thị Mi SaNỘI DUNG ĐÁNH GIÁ:

1 Nội dung & khối lượng bài báo cáo:

Trang 3

TP Hồ Chí Minh, ngày……tháng 06 năm 2022

GIẢNG VIÊN ĐÁNH GIÁTS.Nguyễn Thị Mi Sa

Trang 4

MỤC LỤC

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 4

PHẦN 1: CƠ SỞ, LÝ THUYẾT CỦA VIỆC TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 5

CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 5

I.KHÁI NIỆM, ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN CẤU TẠO 6

III.ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KĐB 3 PHA 13

V.CÁC CHẾ ĐỘ HÃM CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 22

VI.KHỞI ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ 30

VII.MỞ MÁY VÀ ĐIỆN TRỞ MỞ MÁY 40

PHẦN 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 43

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN YÊU CẦU MỞ MÁY QUA BA CẤP ĐIỆN TRỞ 44

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ MỞ MÁY, ĐỘNG CƠ MỞ MÁY QUA BA CẤPĐIỆN TRỞ PHỤ 49

I.TÍNH TOÁN GIỚI HẠN MOMEN LỚN NHẤT VÀ NHỎ NHẤT LÚC MỞ MÁY: 49

II.TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ ĐIỆN TRỞ PHỤ CẦN ĐỂ MỞ MÁY 50

CHƯƠNG III: YÊU CẦU NÂNG TẢI 53

I.TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐƯỢC THÊM VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG ½ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 53

II TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐƯỢC THÊM VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 54

CHƯƠNG IV: YÊU CẦU HẠ TẢI 57

I.ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG ¼ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC CÓ MOMENT

Trang 5

Trang 6

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, nhu cầu của con người trong sinh hoạt cũng như sản xuất, lao động ngày càng tăng cao Trong sản xuất tùy theo yêu cầu và mục đích của dây chuyền mà truyền động thực hiện các công đoạn khác nhau trong một quy trình sản xuất Nó ảnh hưởng tới việc nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất

Do đó, em đã chọn đề tài này để cùng làm rõ những nguyên lý hoạt động cũng như cấu tạo của hệ thống nâng hạ cầu trục này Cụ thể bài làm của em sẽ gồm những nội dung cơ bản như sau:

 Lý thuyết về động cơ không đồng bộ 3 pha: đặc tính cơ, cách khởi động, mở máy qua các cấp điện trở, các đặc tính hãm…

 Tính toán số liệu: dòng điện, mô men của động cơ; các cấp điện trở mở máy; tốc độ, dòng điện khi nâng tải và hạ tải…

Và để làm rõ điều này, chúng ta sẽ đi đến bài làm chi tiết sau đây.

Trang 7

PHẦN 1: CƠ SỞ, LÝ THUYẾT CỦA VIỆCTÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

Hiện nay, máy móc thiết bị càng tiên tiến, các thiết bị, động cơ ngày càng được sử dụng nhiều và rộng rãi phục vụ nhu cầu cuộc sống và phát triển ngành kinh tế Và trong đó không thể không nhắc tới sự xuất hiện ngày càng nhiều và phổ biến của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những ưu nhược điểm, ứng dụng vượt trội của ĐC điện KĐB 3 pha… từ đó làm yếu tố cơ sở lý thuyết để xây dựng nên bài toán thiết kế hệ thống nâng hạ cầu trục.

Trang 8

I.KHÁI NIỆM, ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN CẤU TẠO 1.Động cơ điện không đồng bộ 3 pha là gì?

- Dựa theo hiện tượng cảm ứng điện từ có tốc độ rotor thay đổi so với tốc độ của từ trường mà người ta xây dựng được nên động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha, tùy theo nhu cầu và các mức điện áp mà người ta có thể chế tạo các mẫu mã động cơ với các tốc độ khác nhau.

- Động cơ không đồng bộ 3 pha (AC Induction Motor) giúp chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng, tạo ra các momen lực…Với các ưu điểm phổ biến như tính mạnh mẽ, tin cậy, bền bỉ, dễ bảo trì và tương đối rẻ, kích thước gọn nhẹ hơn so với động cơ một chiều cùng công suất… mà đã đang được sử dụng phổ biến trong cuộc sống nói chung và các ngành công nghiệp nói riêng.

2.Đặc điểm, thành phần cấu tạo, nguyên lý hoạt động.

- Động cơ không đồng bộ 3 pha cấu tạo gồm 2 thành phần chính:

Phần Stato (đứng yên) gồm cuộn dây đồng quấn trên khung được ghép lại bởi các lá thép kỹ thuật điện Khi cho dòng điện chạy qua đó, điện năng sẽ biến đổi thành hệ thống các đường sức từ trường lông có hướng, khép kín trên mạch từ.

Phần đứng yên Stato có 3 cuộn dây

Phần quay của động cơ (Rotor) được chia làm hai dạng: rotor lồng sóc và dây quấn - Rotor dây quấn gồm 3 dây quấn đặt lệch nhau 120 trong không gian và thường

được nối sao, đưa 3 đầu dây ra bên ngoài nhờ hệ thống vành trượt và

Trang 9

chổi than, khi làm việc.

Rotor dây quấn

- Rotor lồng sóc (phổ biến hơn vì có nhiều ưu điểm) gồm có lõi thép hình trụ bên Ngoài có xẻ rãnh để đặt các thanh dẫn và được nối ngắn mạch lại giống như lồng sóc.

Rotor dây quấn

Hình ảnh cắt ngang cấu tạo chi tiết của động cơ KĐB 3 pha

Trang 10

Nguyên lý hoạt động: Khi chúng ta cấp điện áp 3 pha vào đầu cuộn dây của động cơ, trong stator sẽ có một từ trường như hình vẽ, từng trường này quét qua các thanh đồng của rotor, sẽ tạo ra dòng điện kín bên trong đó, làm xuất hiện các suất điện động và dòng điện cảm ứng.

Hai lực tương tác giữa từ trường quay và dòng điện cảm ứng này tạo ra momen quay tác động lên rotor, làm rotor quay theo chiều của từ trường với tốc độ gần bằng tốc độ của từ trường quay.

Các thông số ta cần quan tâm khi lựa chọn động cơ không đông bộ 3 pha như:

 Hiệu suất làm việc định mức l %  Hệ số công suất định mức Cos Ta có giản đồ công suất như sau:

Vì các tổn hao được cộng dồn duy trì qua từng giai đoạn nên ta cần phải tính toán chi li hợp lý để lựa chọn động cơ phù hợp.

Tùy theo mục đích sử dụng, điện áp và tần số mà người ta sử dụng cách đấu dây tam giác hay sao cho phù hợp:

Trang 11

Cách đấu dây tam giác

Cách đấu dây hình sao

Và cần phải cẩn thận lưu ý về điện áp của động cơ khi ta tiến hành đổi nối sao-tam giác.

Động cơ không đồng bộ 3 pha có các ưu nhược điểm như:

- Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ Rotor lồng sóc So với động cơ một chiều Động cơ không đồng bộ giá thành hạ,vận hành tin cậy, chắc chắn Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo

- Nhược điểm: Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình khó khăn, Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mômen cực đại giảm rất nhiều vì mômen tỉ lệ với bình phương điện áp Riêng với các động cơ Rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động kém hơn

II.ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KĐB 3 PHA

Trang 12

Mạch tương đương một pha của động cơ không đồng bộ 3 pha có được bằng cách tách riêng stator và rotor Trong đó, R , X là điện trở và điện kháng mạch stator Đặc trưng11

cho mạch từ lõi thép là R và X , Im gọi là dòng điện từ hóa N là số vòng dây quấn mm1

stator

1 V 1( 1 j )1

Đối với động cơ công suất lớn thì có thể bỏ qua dòng từ hóa Im

Mạch tương đương 1 pha của stator

Ở trạng thái rotor đứng yên, ta có thể xem động cơ như là một máy biến áp cách ly Tổng trở mạch rotor bao gồm R và X22, N2 là số vòng dây quấn rotor E là sức điện2

động khi rotor đứng yên:

Và để cho thuận tiện khi tính toán ta quy đổi mạch rotor về phía stator với điều kiện quy đổi là: cùng điện áp, tần số và công suất không đổi Lúc này: E = E’12

Trang 51

Để có thể xác định động cơ có thể mở máy hay không ta cần xác định được tỉ số của momen mở máy và momen định mức

Ta xác định momen tới hạn của động cơ:

 Điều này chứng tỏ rằng khi mới ban đầu động cơ có thể kéo tải để thực hiện mở máy và cần thực hiện qua các cấp điện trở để giảm bớt dòng điện khởi động Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa Moment và tốc độ quay được thể hiện qua công thức:

M =

M =

Trang 52

Đồ thị biểu diễn đường đặc tính cơ tự nhiên Ta có các giao điểm đặc biệt cần chú ý trên đồ thị:

- Tọa độ các điểm làm việc đồng bộ: M = 0, s=0, n = 544,8(v/ph)đm

- Tọa độ các điểm tới hạn: (MMax,smax) = (1469,319 ; 0,386) - Khi mới mở máy: s=1, n= 0, M = 1094,676(N.m)mm

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ MỞ MÁY, ĐỘNG CƠ MỞ MÁY QUA BA CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ

I.TÍNH TOÁN GIỚI HẠN MOMEN LỚN NHẤT VÀ NHỎ

Trang 53

M2 ≥ (1,05 ÷ 1,3) M nếu M Mđm c˂ đm

Vì số liệu đề bài không nhắc gì tới M nên ta áp dụng M ≥ (1,05 ÷ 1,3) M c2đm

Nhận thấy giá trị M1 và M2 không cho phép ta biểu diễn và tính toán trên đồ thị nên ta cải thiện lại hai giá trị này như sau Cụ thể:

II.TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ ĐIỆN TRỞ PHỤ CẦN ĐỂ MỞ MÁY

Ta có: Vì M2 giao với đồ thị đặc tuyến cơ tự nhiên nên

Dựa theo điều kiện (0) ta nhận giá trị s = 0.0992

Tương tự ta cũng có M1 giao với đồ thị đặc tuyến cơ tự nhiên nên

Dựa theo điều kiện ta nhận giá trị s = 0,1767

Trang 54

Đồ thị biễu diễn các cấp điện trở khi mở máy s =max

Trang 55

Kiểm tra dòng điện mở máy khi qua 3 cấp trở phụ:

CHƯƠNG III: YÊU CẦU NÂNG TẢI

I.TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐƯỢC THÊM VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG ½ TỐC ĐỘ ĐỊNH

Trang 56

s1 = = = 0,546

Ta xét lượng điện trở phụ cấp 1 ứng với tốc độ lúc này giảm đi ½ so với tốc độ định mức được thêm vào Rotor quy đổi về Stator như sau:

Mđm = =

= 793,82(N.m)

Giải hệ trên ta có: = 1,15 () hoặc = -0,16() Theo điều kiện ta có nên ta chọn = 1,15() Điện trở phụ cần quy về mỗi pha Rotor là:

Do đó: = = = 0,343

Dòng điện của động cơ lúc này:

I’2 = = = 81,09(A)

Trang 57

Đặc tính nâng tải của động cơ khi giảm ½ lần tốc độ định mức

II TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐƯỢC THÊM VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH

Ta xét lượng điện trở phụ cấp 1 ứng với tốc độ lúc này giảm đi ¼ so với tốc độ định mức được thêm vào Rotor quy đổi về Stator như sau:

Trang 58

Ta nhận thấy dòng điện lúc khỏi động ban đầu khi chưa thêm điện trở phụ là I’ = 2

86,98 (A), dòng điện sau khi thêm điện trở phụ đều là I’ = 80,92(A) Điều này chứng 2

tỏ việc thêm điện trở phụ thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ là có hiệu quả giúp giảm dòng khởi động động cơ.

Đặc tính nâng tải của động cơ khi giảm ¼ lần tốc độ định mức

Trang 59

Đồ thị biểu diễn đặc tính nâng tải của động cơ ứng với ½ lần tốc độ định mức và ¼ lần tốc độ định mức

CHƯƠNG IV: YÊU CẦU HẠ TẢI

I.ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG ¼ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC CÓ MOMENT BẰNG 0,8 LẦN MOMEN ĐỊNH MỨC

nđm = 545(vg/ph)

Vì động cơ hạ tải với tốc độ bằng ¼ tốc độ định mức nên Gọi n là tốc độ động cơ ứng với đường đặc tính cơ số 3:3

n3 = = = -136,25(vg/ph) (Vì động cơ hạ tải nên n < 0)3

Gọi s là độ trượt của động cơ lúc này: = 1,233 s3

Trang 60

s3 = = = 1,23

Lúc này: Mô men của động cơ chỉ bằng 0,8 lần mô men định mức nên để động cơ hạ tải được với tốc độ 136,25(vg/ph) ta có:

M’ = 0,8.M = đm

 0,8.793,82 = 635,056 =

 Giải hệ trên ta có: = -0,1 () hoặc = 3.92() Theo điều kiện ta chọn = 3.92()

Do đó lượng điện trở để ta thêm vào mỗi pha của mạch Rotor để động cơ hạ tải với tốc độ 136,25(vg/ph) ứng với mô mem bằng 0,8 lần mô men định mức là: Do đó: = = = 1,17

Dòng điện động cơ lúc này là:

I’2 = = = 62,78(A)

Trang 61

Đặc tính hạ tải của động cơ khi giảm ¼ lần tốc độ định mức

II ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG ½ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC CÓ MOMENT BẰNG 0,8 LẦN MOMEN ĐỊNH MỨC

Lại có n = 545vg/ph) đm

Vì động cơ hạ tải với tốc độ bằng ½ tốc độ định mức nên: Gọi n là tốc độ động cơ ứng với đường đặc tính cơ số 4:4

n4 = = = -272,5(vg/ph)

Gọi s là độ trượt của động cơ lúc này:4

s4 = = = 1,45

Trang 62

Lúc này: Mô men của động cơ chỉ bằng 0,8 lần mô men định mức nên để động cơ hạ tải được với tốc độ 272,5(vg/ph) ta có:

M’ = 0,8.M = đm

 0,8.793,82 = 635,056 =

 Giải hệ trên ta có: = -0,07 () hoặc = 4,67() Theo điều kiện ta chọn = 4,67()

Do đó lượng điện trở để ta thêm vào mỗi pha của mạch Rotor để động cơ hạ tải với tốc độ 272,5(vg/ph) ứng với mô mem bằng 0,8 lần mô men định mức là:

Do đó: = = = 1,39 Dòng điện động cơ lúc này là:

I’2 = = = 62,70(A)

Trang 63

Đặc tính hạ tải của động cơ khi giảm ½ lần tốc độ định mức

III ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC CÓ MOMENT BẰNG 0,8 LẦN MOMEN ĐỊNH MỨC

Lại có n = 545vg/ph) đm

Vì động cơ hạ tải với tốc độ bằng tốc độ định mức nên: Gọi n là tốc độ động cơ ứng với đường đặc tính cơ số 5:5

n5= -nđm = -545 = -545 (vg/ph) Gọi là độ trượt của động cơ lúc này:s5

s5 = = = 1,91

Trang 64

Lúc này: Mô men của động cơ chỉ bằng 0,8 lần mô men định mức nên để động cơ hạ tải được với tốc độ 545 (vg/ph) ta có:

M’ = 0,8.M = đm

 0,8.793,82 = 635,056 =

 Giải hệ trên ta có: = -0,026 () hoặc = 6,224() Theo điều kiện ta chọn = 6,224()

Do đó lượng điện trở để ta thêm vào mỗi pha của mạch Rotor để động cơ hạ tải với tốc độ 545(vg/ph) ứng với mô mem bằng 0,8 lần mô men định mức là:

I’2 = = = 62,72(A)

Trang 65

Đặc tính hạ tải của động cơ khi giảm bằng tốc độ định mức

IV ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG 2 LẦN TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC CÓ MOMENT BẰNG 0,8 LẦN MOMEN ĐỊNH MỨC

Lại có n = 545(vg/ph) đm

Vì động cơ hạ tải với tốc độ bằng 2 lần tốc độ định mức nên: Gọi n là tốc độ động cơ ứng với đường đặc tính cơ số 6:6

n6 = 2n = -= -1090(vg/ph) đm

Gọi s là độ trượt của động cơ lúc này:6

s6 = = = 2,82

Trang 66

Lúc này: Mô men của động cơ chỉ bằng 0,8 lần mô men định mức nên để động cơ hạ tải được với tốc độ 1090(vg/ph) ta có:

M’ = 0,8.M = đm

 0,8.793,82 = 635,056 =

 Giải hệ trên ta có: = 0,07 () hoặc = 9,3() Theo điều kiện ta chọn = 9,3()

(Vì ứng với R = 0,07: 6f smax = s6nên không thõa)

Do đó lượng điện trở để ta thêm vào mỗi pha của mạch Rotor để động cơ hạ tải với tốc độ 1090(vg/ph) ứng với mô mem bằng 0,8 lần mô men định mức là:

I’2 = = = 62,72(A)

Trang 67

Đặc tính hạ tải của động cơ khi giảm 2 lần tốc độ định mức

Trang 68

Đồ thị biểu diễn đặc tính hạ tải của động cơ tương ứng với 4 cấp độ của tốc độ: ¼ lần tốc độ định mức (đường eq5), ½ lần tốc độ định mức (đường eq6), bằng tốc độ định

mức (đường eq9) và 2 lần tốc độ định mức (đường eq1)

Ta nhận thấy dòng điện lúc khỏi động ban đầu khi chưa thêm điện trở phụ là I’ = 2

86,98 (A), dòng điện sau khi thêm điện trở phụ để hạ tải sấp xỉ là I’ 72,72 (A) Điều 2

này chứng tỏ việc thêm điện trở phụ thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ là có hiệu quả giúp giảm dòng khởi động động cơ.