các phương pháp điều chỉnh tốc độ trong truyền động điện tự động và ứng dụng thực tế

Mục tiêu chính của đề tài- Nghiên cứu tổng quan về các chỉ tiêu và phương pháp điều chỉnh tốc độ trong truyền động điện tự động.- Tìm hiểu các công thức tính toán liên quan đến truyền độ

Trang 1

ĐAMH TĐĐTĐ GVHD HOÀNG NGỌC VĂN _

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN……… …… 2

LỜI CẢM ƠN……….3

MỤC TIÊU CHÍNH VÀ NHỮNG GIỚI HẠN CHỦA ĐỀ TÀI………4

CƠ SỞ LÍ LUẬN………5

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI……… 6

1.1.Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động……… 6

1.2-Phân loại hệ thống truyền động điện tự động………7

1.3- Các chỉ tiêu đánh giá điều chỉnh tốc độ trong truyền động điện tự động………… 7

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ……… 10

2.1-Điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song) 10

2.1.1 - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng……… ………10

2.1.2- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông……… 11

2.1.3-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng……… 13

2.2 Các hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện một chiều……… 13

2.2.1 - Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ)……… 13

2.2.1.1 - Hệ F - Đơn giản……… ………13

2.2.1.2 - Hệ F - Đ có phản hồi âm áp, dương dòng……… 15

2.2.1.3 - Hệ F - Đ có phản hồi âm tốc độ……… 17

2.3.1.4 - Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT - Đ)……… ….17

2.3.1.5 - Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ ……… 19

2.3.1.6 - Hệ truyền động T – Đ……… 20

2.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều 3 pha KĐB…… ……… 21

Trang 2

2.3.1 - Điều chỉnh tộc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto (R2f) 21

2.3.2- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp stato (us) 25

2.3.3 - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực (p)……… 27

2.3.4 - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số (f1)……… ………32

Kết luận……… … 37

Tài liệu tham khảo 38

1

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………

2

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đối với các thầy cô của trường Đại Học Sư Phạm

Kỹ Thuật, đặc biệt là các thầy cô khoa Điện – Điện Tử của trường đã truyền đạt cho chúng

em nhiều kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học trên lớp Và em cũng xin chân thành cám

ơn thầy Hoàng Ngọc Văn đã nhiệt tình hướng dẫn hướng dẫn em hoàn thành tốt bài báo cáo

đồ án môn học truyền động điện tự động Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo củathầy thì em nghĩ bài báo cáo này của nhóm em rất khó có thể hoàn thành được

Trong quá trình làm bài báo cáo đồ án môn học khó tránh khỏi sai sót, rất mong thầy

bỏ qua Đồng thời do kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáokhông thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp thầy để emhọc thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành bài báo cáo tốt hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

3

Trang 5

LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá có liênquan chặt chẽ đến điện khí hoá và tự động hóa.Việc tăng năng suất lao động và giảm giáthành thiết bị điện là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện Một bên đòihỏi sử dụng các hệ thống phức tạp đòi hỏi phải có các phương pháp và chỉ tiêu phù hợp, mộtbên lại yêu cầu hạn chế số lượng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp Vậy việc lựachọn một hệ thống truyền động điện tự động thích hợp là rất quan trọng trong sản xuất Sauthời gian học tập tại trường ĐHSPKT TPHCM, em đã nhận đồ án tốt nghiệp MÔNTRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN với đề tài: Trình bày các chỉ tie u và các phu o ng pháp điềuchỉnh tốc đọ trong truyền đọ ng điẹ n Ví dụ ứng dụng tính toán cụ thể Song dokiến thức cũng như tài liệu còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót Vì vậy,

em kính mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để đồ án môn học của em được hoànthiện hơn và bản thân em có kinh nghiệm bổ sung kiến thức được tốt hơn Em xin chânthành cám ơn

4

Trang 6

5

Trang 7

MỤC TIÊU CHÍNH VÀ NHỮNG GIỚI HẠN CHỦA ĐỀ TÀI

1 Mục tiêu chính của đề tài

- Nghiên cứu tổng quan về các chỉ tiêu và phương pháp điều chỉnh tốc độ trong truyền động điện tự động

- Tìm hiểu các công thức tính toán liên quan đến truyền động điện tự động

- Tìm hiểu phạm vi ứng dụng của các phương pháp điều chỉnh tự động trong thực tế

- Nghiên cứu cấu trúc và phân loại các hệ truyền động điện

2 Giới hạn của đề tài:

- Chưa tiếp xúc nhiều với các hệ thống truyền động điện tự động

- Chưa nghiên cứu sâu về đặc tính và ứng dụng của các hệ truyền động điện

- Nội dung còn hạn chế về mặt thuyết

6

Trang 8

CƠ SỞ LÍ LUẬN

Hệ truyền động điện có vai trò quan trọng trong sản xuất công

nghiệp, nó thực hiện nhiệm vụ: biến đổi điện năng thành cơ năng qua

máy sản xấut đồng thời điều khiển sự biến đổi dòng năng lượng này theo

yêu cầu công nghệ của máy và dây chuyền sản xuất Vì vậy, khi nghiên

cứu hệ truyền động điện người ta cần quan tâm giải quyết hai vấn đề:

vấn đề thứ nhất là nghiên cứu sự biến đổi năng lượng của hệ truyền động

điện và phương pháp điều khểin dòng năng lượng đó, ta gọi đó là phần

"cơ sở truyền động điện" Vấn đề thứ hai là nghiên cứu điều khiển các hệ

truyền động và thiết kế các bộ điều khiển, phần này được gọi là "điều

khiển truyền động"

Điều chỉnh tốc độ một động cơ điện khác với việc tự thay đổi tốc độ của động cơ đó

Có rất nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ Tuỳ theo máy sản xuất, ta chọn một phương pháp điều chỉnh tốc độ cho phù hợp, đảm bảo quá trình sản xuất được thuận lợi, nâng cao chất lượng và năng suất

7

Trang 9

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1- Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động:

+ Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) là một tổ hợp các thiết bị điện, điện tử, v.v phục

vụ cho cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên cácmáy sản suất, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổinăng lượng đó theo yêu cầu công nghệ

* Cấu trúc chung:

8

Trang 10

Hình 1.1 : Mô tả cấu trúc chung của hệ Truyền Động Điện Tự Động

BBĐ: Bộ biến đổi

ĐC: Động cơ điện; MSX: Máy sản xuất

R và : Bộ điều chỉnh truyền động và công nghệ;

từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh lưu tiristor, bộđiều áp một chiều, biến tần transistor, tiristor) Động cơ có các loại như: động cơ một chiều,xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt

- Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số vàcông nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người vậnhành Đồng thời một số hệ TĐĐ TĐ khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động kháchoặc với máy tính điều khiển

1.2- Phân loại hệ thống truyền động điện tự động

- Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện,quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định

- Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ truyền độngđiện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, và hệtruyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Trong hệ này có thể là hệ truyền động điện tựđộng nhiều động cơ

9

Trang 11

- Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điều khiển số,

hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền động điện tự động điều khiểntheo chương trình

- Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động cơ điện một chiều,động cơ điện xoay chiều, động cơ bước, v.v

- Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động và hệ truyền động điện tựđộng

- Ngoài ra, còn có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn,truyền động nhiều động cơ, v.v

1.3- Các chỉ tiêu đánh giá điều chỉnh tốc độ trong truyền động điện tự động.

Chất lượng của một phương pháp điều chỉnh tốc độ được đánh giá qua một số các chỉ tiêu sau đây:

1.3.2 - Độ trơn điều chỉnh

Độ trơn điều chỉnh tốc độ khi điều chỉnh được biểu thị bởi tỷ số giữa 2 giá trị tốc độ của 2 cấp kế tiếp nhau trong dải điều chỉnh

(1-2)Trong một dải điều chỉnh tốc độ,

số cấp tốc độ càng lớn thì sự chênh lệch tốc độ giữa 2 cấp kếtiếp nhau càng ít do đó độ trơn càng tốt Khi số cấp tốc độ rất lớn (k→∞) thì độ trơn điều chỉnh γ→ 1 Trường hợp này hệđiều chỉnh gọi là hệđiều chỉnh vô cấp và có thể có mọi giá trị tốc độ trong toàn bộ dải điều chỉnh

1.3.3 - Độ ổn định tốc độ (độ cứng của đặc tính cơ)

10

Trang 12

Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β và được tính:

Hình 1.2 : Độ cứng của đặc tính cơ

Nếu |β| bé thì đặc tính cơ là mềm (|β| < 10)

Nếu |β| lớn thì đặc tính cơ là cứng (|β| = 10 ÷ 100)

Khi |β| = thì đặc tính cơ là nằm ngang và tuyệt đối cứng.∝

Đặc tính cơ có độ cứng β càng lớn thì tốc độ càng ít bị thay đổi khi mômen thay đổi Ở trên hình 1.2, đường đặc tính cơ 1 cứng hơn đường đặc tính cơ 2 nên với cùng một biến động

∆M thì đặc tính cơ 1 có độ thay đổi tốc độ∆ω1 nhỏ hơn độ thay đổi tốc độ ∆ω2 cho bởi đặc tính cơ 2

Nói cách khác, đặc tính cơ càng cứng thì sự thay đổi tốc độ càng ít khi phụ tải thay đổi nhiều Do đó sai lệch tốc độ càng nhỏ và hệ làm việc càng ổn định, phạm vi điều chỉnh tốc

độ sẽ rộng hơn

1.3.4 Tính kinh tế.

Hệ điều chỉnh có tính kinh tế khi vốn đầu tư nhỏ, tổn hao năng lượng ít, phí tổn vận hành không nhiều Các phương pháp điều chỉnh tốc độ qua mạch phần ứng luôn có tổn hao năng lượng lớn hơn điều chỉnh tốc độ qua mạch kích từ

1.3.5 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải.

Khi chọn hệ điều chỉnh tốc độ với phương pháp điều chỉnh nào đó cho một máy sản xuất cần lưu ý sao cho các đặc tính điều chỉnh bám sát yêu cầu đặc tính của tải máy sản xuất Như vậy hệ làm việc sẽđảm bảo được các yêu cầu chất lượng, độ ổn định Ngoài các chỉ tiêu trên, tuỳ trường hợp cụ thể mà ta có thể có những đòi hỏi khác buộc hệ điều chỉnh tốc

độ cần phải đáp ứng

11

Trang 25

ĐAMH TĐĐTĐ GVHD HOÀNG NGỌC VĂN _Quan hệ độ trượt tới hạn theo tần số s = f(f1) và mômen tới hạn theo tần số Mth = F(f1) làthphức tạp nhưng vì ω và X1 phụ thuộc tỉ lệ với tần số f1 nên có thể từ các biểu thức của sth0

Như vậy mômen tới hạn Mth sẽ giữ không đổi ở vùng f1đm thì không được tăng điện ápnguồn cấp mà giữ U1 = const Mômen tới hạn Mth sẽ giảm tỉ lệ nghịch với bình phương tầnsố

* Nguyên lý điều chỉnh: khi thay đổi R2f với các giá trị khác nhau, thì sth sẽ thay đổi tỷ lệ,còn Mth = const, ta sẽ được một họ đặc tính cơ có chung , có tốc độ khác nhau và có các:tốc độ làm việc xác lập tương ứng

Và khi thay đổi các giá trị R2f.i > R2f.ic thì tốc độ động cơ vẫn bằng không nghĩa là khôngđiều chỉnh được tốc độ, hay còn gọi là điều chỉnh không triệt để

* Các chỉ tiêu chất lượng của phương pháp:

24

Trang 26

ĐAMH TĐĐTĐ GVHD HOÀNG NGỌC VĂN _Phương pháp này có sai số tĩnh lớn, nhất là khi điều chỉnh càng sâu thì s% càng lớn, có thể s

- Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số mômen tải Mômen tải càng nhỏ, dải điều chỉnh càng hẹp

- Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ) thì độ trượt động cơ tăng và tổn hao năng lượng khi điềuchỉnh càng lớn

- Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nênthường được điều chỉnh theo cấp

Nhận xét:

* Ưu điểm:

- Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch rôto để điều chỉnh tốc độ động cơ như trên có ưuđiểm là đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho cácphụ tải dạng thế năng (Mc = const)

* Nhược điểm:

- Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là điều chỉnh không triệt để; khi điềuchỉnh càng sâu thì sai số tĩnh càng lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch rôto,dòng rôto lớn nên phải thay đổi từng cấp điện trở phụ, công suất điều chỉnh lớn, tổn haonăng lượng trong quá trình điều chỉnh lớn

- Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ về phía giảm

- Tốc độ càng giảm, đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định trước sự lênxuống của mômen tải

- Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số mômen tải Mômen tải càng nhỏ, dải điều chỉnh càng hẹp

25

Trang 27

- Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nênthường được điều chỉnh theo cấp

* Ứng dụng:

Phương pháp này thường được áp dụng cho điều chỉnh tốc độ các động cơ truyền động chocác máy nâng - vận chuyển có yêu cầu điều chỉnh tốc độ không cao Muốn nâng cao các chỉtiêu chất lượng thì dùng phương pháp “ xung điện trở ”

Hình 2.14: Hệ thống vận thăng trong xây dựng.

2.3.2- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp stato (us):

Mômen động cơ ĐK tỉ lệ với bình phương điện áp stato, nên có thể điều chỉnh mômen vàtốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato và giữ tần số không đổi nhờ bộ biến đổiđiện áp xoay chiều (ĐAXC) như hình 2-15:

Hình 2.15 : a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ bằng

b) Các đặc tính điều chỉnh bằng

Nếu coi bộ ĐAXC là nguồn lí tưởng (Zb = 0), khi ub = uđm thì mômen tới hạn Mth.u tỉ lệvới bình phương điện áp, còn sth.u = const:

26

Trang 28

sth.u=s th.gh=const } (2-15)

Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát nóng của động cơ, người ta mắcthêm điện trở R2f (hình 2-12) Khi đó, nếu điện áp đặt vào stato là định mức (ub = u1) thì tađược đặc tính mềm hơn đặc tính tự nhiên, gọi là đặc tính giới hạn

Rõ ràng là: Mth.gh = Mth (2-16)Trong đó: Mth.gh, sth.gh là mômen và hệ số trượt tới hạn của đặc tính giới hạn (/tGH).Mth, sth là mômen và hệ số trượt tới hạn của đặc tính tự nhiên

Dựa vào đặc tính giới hạn Mgh(s), và nếu Mgh = const, ta suy ra đặc tính điều chỉnh ứngvới giá trị ub cho trước nhờ quan hệ:

Mu = Mu = (2-17)Đặc tính điều chỉnh trong trường hợp này như hình 2.15b

- Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, mômen tới hạn của các đặc tính cơ giảm, trong khi tốc

độ không tải lý tưởng (hay tốc độ đồng bộ) giữ nguyên nên khi giảm tốc độ thì độ cứng đặctính cơ giảm, độ ổn định tốc độ kém đi

+Ứng dụng:

27

Tiêu đề	Các phương pháp điều chỉnh tốc độ trong truyền động điện tự động và ứng dụng thực tế
Người hướng dẫn	Hoàng Ngọc Văn

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	3,32 MB