Giáo trình truyền động điện - Chương 1 những khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện pps

Trang 2

LỎI NÓI ĐẦU Truys

ng của một công nghệ: n động điện có nhiệm vụ thưc hiện các công đoạn cuối

ân xuất, Đặc biết trong day chuyén san

xuất tự dông hiện đại, truyên động điện đúng góp vai trò quan

trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm VÌ vậy các hệ truyền động điện luôn liôn được quan tầm nghiên cứu năng cao chất lượng dể đáp ứng các yêu cấu công nghờ mới với tức độ tự động hứa cao

Ngày nay, do ứng dụng tiến bộ kỹ thuật điện tử tin học, các hệ truyền động điện được phát triến v y đổi đáng kế Dặc biật do công nghệ sản xuất các thiết bị diên rừ cơng suất ngày

càng hồn thiên, nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyền động diên không nhưng đáp ứng được độ táo động nhanh, độ chính xác cao mà cịn góp phần làm giảm kính thước

gia think cua he và hạ

Ổ nước tw, do yếu cẩu công nghiệp hỏa và hiện đại hóa nén kính tế ngày càng xuất hiện nhiều đây chuyến sản xuất mới có

mức dộ tự động hóa cao với những hộ truyền dông điện biện đại Để kịp thời tiếp thu các tiến bộ kỹ thuật, Bộ môn Tứ động hđa XNCN Trường dại học Bách khoa Hà Nội, một mạt cho biển soạn tiếp phân hai giáo trình Truyền động điện (tự động diéu chỉnh truyền động điện), đồng thời tái bản có sửa chứa, bổ sung chỉnh

giáo trình Truyến động diện (phẩn II, Nội dung giáo trình

trình bày những kiến thức cơ bản vệ hệ truyền dộng điện hiện dại, bao gốm việc phân tích các đạc lĩnh của các hộ truyền động H HỮU cae edu trie

diện có hệ hiến đổi điên tử công suất ¡ Ngh

Trang 3

môn Tự động hoa ting DHBK Ha > chưdng biên soạn gốm Chương 1

chương 3 nêu các khải niệm chưng về hệ truyền dộng và dạo tỉnh cơ của động cơ

~ Chương 3, 4, õ và 6 trình bảy cáo phương pháp diều chỉnh tổe độ động cơ điện một chiều và xoay chiêu, Phân tính quả lrình điên từ có Irong hệ truyền động dùng các bộ biến đổi Nghiên sứu một số sấu lrúc mới của truyền động điện xoay chiếu hiện

dại

= Chương 7 nêu phương pháp chung tính và chọn thiết bí lực, thiết bị bảo vệ cho các hệ truyền động điên,

Các chương được phân công biên soạn cụ thể như sau ; Bùi Quốc Khánh các chương 1, 6, 7 và chíu trách nhiệm chủ biên Nguyên Van Liên các chương 3, 4 và õ, Nguyễn Thị Hiến

chương 3, Nội dung giáo trình được Hội đông khoa học Khoa tự động hóa XNƠN xét duyệt và được giáa sư Nguyễn Bính giúp đơ trong việc hoàn thiện Các tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp

đố quý báu đó Giáo trình này được biên soan với mue dịch làm

tài liêu học tân cho các sinh viên ngành điện, đông thời cũng cơ thể dùng lâm tài liêu tham khảo cho các kỹ sư điện và các ngành,

sợ liên quan

Noi dung giáo trỉnh chác chấn còn nhiều vấn để edn bd sung hoàn thiện Tất mong các bạn đồng nghiệp và độc giả gúp ý kiến ‘The gop y xin gửi về Bộ môn Tư dộng húa XNƠN Trường đại bọc Bách khoa Hà Nỏi hay Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

70 Trấn Hưng Đạo Hà Nội

Các tác giả

Trang 4

Chương 1

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1~1 CẤU TRÚC CHUNG VÀ PHÂN LOẠI

Hệ truyền đông điện là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị diện, thiết bị điện tỉ, thiết bị điện tử, phục vụ cho việc biển đổi nang lượng diện —cơ cũng như gia cơng truyền Lín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó

ấu trúc chung của hệ truyền đông điên, được trình bảy trên H.1-1, bao gbm 2 phan chinh:

— Phần lựe là bộ biến đổi và dộng cơ truyền động, Các bô biến đổi thường dùng là bộ biến đổi máy điện (máy phát một chiêu, xoay chiều), bộ biến đổi điện Lừ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hòa), bộ biến đổi điện tử (chỉnh lưu tiristo, biến tần tranzito, tiristo), Động cơ điện có các loại: động cư một chiều, xoay chiều dồng bộ, không đồng bộ và các loại động eơ điện dạc biệt khảo v.v

= Phần điều khiển gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, ngồi ra cịn có các thiết bì diều khiển, đóng, cất phục vụ công nghệ và cho người vận hành Dồng thời một số hệ truyền đông cớ cả mạch ghép nối với các thiết bị Lự động khác trong một dây chuyên sản xuất

“Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, không phải hệ truyền động nào cũng có đầy đủ cấu trúc như vậy Cho nên có thể phân loại hệ truyền dộng điện như sau:

~ Truyền dộng không diều chỉnh: thường ehÌ cố động eơ nối trực tiếp vi lưới điện, quay máy sản xuất với môt tốc độ nhất định,

~— Truyền đông cơ diều chỉnh: trong loại này, tùy thuộc vào yêu

cầu công nghệ mà ta cớ truyền dộng diều chỉnh tốc độ, truyền động

Trang 5

digu chỉnh momen, Ite kéo và truyền động

điều chỉnh vị trí | '

Trung cấu Lrúc BED ae

hệ truyền dong i '

ed diéu chinh eở ì \

thể là truyền i £ Lf fr

động nhiều động 1 l0}

è, Ngồi ra tùy thuộc vào cấu | ; Kr

trúc và tín hiệu

điều khiển ta cơ oN vit hệ truyền động

điều khiển số, diều khiển Lương

Hinds 11 Mô tÀ cẤu tre chung của hệ truyền dộng

BBD — Bộ biến đổi DC - Dõng cơ truyền động;

tự hoặc truyền MSX ~ Máy sản xuất; 8y Bộ diều chỉnh công nghệ:

dong diều khiển _ Ky - Các bộ đóng cắt phục vụ công nghệ.H — ác bộ diều

then chương chinh truyền dông K — Các bộ đồng cắt phụ© vu tuyền động

trình v.y, VH ~ Nguéi van hanh; GN ~ Mach ghép nổi KHÁI NIÊM CHUNG VE DAC TINH CO CUA

ĐỘNG CŨ ĐIỆN

Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mmômen của động cơ, Ta có dặc tính cơ tư nhiên của động cơ, nếu như động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện áp, tần số, tit thong định mức và không nối thêm các diện trở, diện kháng vào đông cơ) Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có điểm làm việc định mức cố giá trị Many Gg Dae tinh eo nhan tao của động cơ là dạo tính khi la thay đổi các tham số ngưồn hoặc nổi thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ,

Trang 6

niệm độ cứng đáo tinh cơ Ø và được tính: AM = a-1) lon, ta cé dac tính cơ cứng, Ø nhỏ đặc tính eở mềm, / + © dac tinh cơ tuyệt đối cứng

Truyền động cơ đạc tỉnh cơ cứng tốc độ thay đổi rất Ít khi mơmen biến dồi lớn

'Truyên động cơ có

đác tính cơ mồm tốc Linh 1-2 08 cling Ac tinh có

độ giảm nhiều khi Đường t đặc tinh eo mềm; đường 2 dic thh od etng: dudng mômen Lăng (xem 33 đặc tính có tuyệt đối củng

H1~3)

1-3, DẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY SẢN XUẤT

Dae tính cơ của máy sản xuất rất da dạng Tuy vậy phần lớn no

được biểu diễn dưới dạng hiểu thức tổng quát: @

Me = Meg + (Mim — Meo) 40 iy (1-2),

trong đó:

M,„ — Mômen ứng với tốc độ ø = 0

Mụ„ — Mômen ứng với tốc đô định mức ym, AM, — Mômen ứng với tốc độ ø

Ta có các trường hợp:

Trang 7

ye

Trang 8

— & = 1, momen ty 1¢ bac nhat voi t6e do, thực tế rất Ít gặp, vẽ jeu tải thuần trở

loại này có thể lấy vì dụ máy phát một cÍ (đường 2, IL1~81

— œ = 3, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ là đạc tỉnh của các máy hom, quat gió (đường 8, H.1— 84)

— 4= — 1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu máy cuốn đây, cuốn giẩy, các truyền đông quay trục chính máy

n loại có đặc tính thuộc loại này (đường 4, TI.1~3ø)

Ngoài ra, một số cơ cấu của các máy cơ dạc tính kháe, ví dụ: Mômen phụ thuộc vào gốc quay Af, =ƒUø) hoặc mômen phụ thuộc vào dưỡng di M, = /s), trong thực tế ác máy công tác pittơng, các máy trục khơng có cáp cân hằng cơ đặc tính thuộc loại này

~ Mômen phụ thuộc vào sổ vòng quay và đường đi M, = /te, 3) như các loại xe điện

~ Mômen cản phụ thuộc vào thời gian M, = /U), ví dụ như máy nghiền đá, quảng

Trên H.1~86 và e biểu điễn đặc tính của mơmien cản phản kháng

và mômen cản thể năng,

~ Mômen cản thể năng (như ở trong các cơ cấu nâng ha tải trong) đặc tính M, = const và không phụ thuộc vào chiêu quay

(H1-80)

~— Mêmen cân phản kháng luôn luôn chống lại chiêu quay như momen ma sal, mOmen cia co edu an dao may eat got kim loai vy (H 1—Be)

1-4, TRANG THAI LÀM VIỆC CỦA TRUYỀN ĐỘNG DIEN

Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng cơ quá trình biển đổi nang lượng điện — cơ, Chính quá trình biến đổi này quyết định trang thái làm viếc của truyền dộng điện Ta định nghĩa: Dùng công suất điện Puj„ eó giá trị đương nếu như nó có chiều truyền từ

Trang 9

nguồn đến động cơ vũ Lừ động cơ biển đối công suất điên thành công suất cơ P„„ = Af[ø cấp cho máy sản xuất

Cơng suất ca này có giá trị đương nếu như mơmen động cơ sinh +a có cùng chiều với tố độ quay

Ngược lại, công suất diễn cơ giá trị âm nơu nở ed chiều từ động ed võ nguồn, công suất co co gid trị Am khi nở truyền từ máy sản xuất về động cơ và mômen dông sơ sinh rả ngược chiều với tốc độ quay,

Mômen của máy sản xuất dược gọi là mömen phụ tải hay mômen cản Nở cũng được định nghĩa đẩu Am và đương, ngược lại với dấu momen cia dong ov

Phugng trinh cn bang cong suat của hệ truyền động là: Py =P +P, (1~8) trong đó Pạ ¬ công suất diện,

P, — công suất cơ,

ÁP — tổn thất công suấ

thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta cổ trạng thái làm việc của động cơ gồm: Trạng thái động eơ và trạng thái hãm, (xem bang 1-1)

Trang thai động cơ bao gồm chế độ cơ tải và không tải, — Trạng thải hãm gồm hãm không tải, hãm tải sinh, ham ngược và hãm động năng

Ham tdi sinh Pạy < 0, P,„ < 0 cơ năng biến thành điện nang

trả về lưới

Ham nguoc Pye, > Ú , P¿„ < 0 điện năng và cơ năng chuyển

thành tổn thất AP,

Ham dong nang Pụyey = 0 P,

suất tổn thất ÁP, < 0 cơ nâng biến thành công

Trang 10

Bảng 1-1

tiểu dồ Paul foal AP Trạng thái công suất lam wee

iy

1 fa 6| =8 | =faar không ti ~ Đông eo Bs aN 2 6 |6 | gà Có tải 3 so [<o| = lel Hae không dĩ

4 <0 | 40 | = 1n; - ạ| | ~ Hãm ti sm 2p

5 o feo] - ire (Py l) — Ham mouse Rudin 2 6 2 6| <4] = 241 = Ham đông i ng

‘Trang thai hãm và trạng thái động cơ được phân bổ trên dạo tính

od wiM) & gée phan ty I, ITT: trang thai dong trạng thai ham (xem H,1~4)

Trang 11

fang thái dộng có

On Qy

ng thai nam

Hin 14, Trang thải lâm việc của trujền động diện trên các góc phần lu dc th có,

1-5 QUY ĐỔI MOMEN CAN, LUC CAN VA MOMEN QUAN

TINH, KHOI LUONG QUAN TINH

‘Trén H.1—6 mo 1A edu tric co hoe ting quat cha truyén dong, mỗi một ed cấu của truyền động đều cơ cc dai lugng w, M, v, F va mômen quán tính g, Để dễ dàng cho việc nghiên cửu và tính tốn, người la thường tính quy đổi tất eA các đại lượng đố vẽ trục động cø Nguyên tắc của tính tốn quy đổi là dâm bảo năng lượng của hệ

trước và sau khi quy đổi không thay đổi

4) Tỉnh quy đổi momen M, va Ive edn F, ve true dong vo

— Giả sử khi Lính tốn và thiết kế người ta cho giá trị của mômen tang trống M, qua hộp giảm tốe cở tỷ sổ truyền là ¿ và hiệu suất là ø„ Mômen này sẽ tác động lên trục động cơ cơ giá trị Mau,

Mw,

Mage (1-4)

Trang 12

(iB)

trong do: 1 = —* ; 9) 1a higu suat hộp tốc độ

thiết tải trọng Ở sinh ta lực Z, eđ vận tóc chuyển động là %„ nó sẽ tác động lên trục động cơ một mômen Äf,„„ ta cởi

+ VY = q6) th F W Mee nh tàn + 1 aioe Ñ (1-7) : 1p trong dé p= = nm 10 1 =5, Sđ đồ động học ca ed cấu nÃng hạ hàng (0) đông c điện, (2) hop tốc độ: 13] tang quay: (4) tH trong

b) Tinh quy déi momen quan tink

cap bánh răng cố mômen quan tinh J) Jy, momen quan

Trang 13

tính

lính tang trồng J,„ khối lượng quản tỉnh m và mömen quá

động ec 7, đều cơ ảnh hưởng đến tính chất động học của hệ truyền, động,

Nếu xét điểm khảo sát là đầu trục dong vet va quan tinh chung của hệ truyền động tại điểm này ta gọi là Z„„, Lúc đơ phương trình

động năng của hệ là: a-8) m =9) mi ‘aa )

1-6 PHUGNG TRÌNH DONG HỌC CUA TRUYEN DONG ĐIỆN

Phương trình cân bằng năng lượng của hộ truyền động điện

WW + aw, (1-10)

trong đó W là năng lượng đưa vào động cơ,

W, — năng lượng tiêu thụ của máy truyền động,

AW — mức chênh năng lượng giữa năng lượng đưa vào và năng lượng tiêu thụ chính là đơng năng của hệ:

1 AW= đa „ =1)

Đạo hàm phương trình (1~11) và chia bai vế cho w ta có:

lqw st aw 1 :

—— w dt ow de — 4 w » +12)

1 aw

Trang 14

———£ = M, 1A momen can, Ames

jg de) = M dong o dt

Phương trình động học của hệ truyền động tổng quát có dạng;

dy 1 dd

M=J— +750 a 1-13)

‘Thong thưởng: _ SÚ, MỸ Vây te ai phường tình động học thường, di

dùng là (=1) Từ phương trình (1~ 14) thấy rằng do M>M, thi <> 0 he tang tốc, at do M<M thị CÓ < 0 hệ giảm tốc: dị aw

thi —— = 0 hệ làm việc ổn định đi

Phương trình (1~14) mơ tả quá trình quá độ về cơ của hệ truyền động điện Cơ thể giải nó bàng phương pháp giải tích, đồ thị hoặc số tùy theo dac tinh Mu va M,tw)

1-7 DIRU KIỆN ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA TRUYỀN ĐỘNG DIỆi Như ở phần 1~6 đã nêu, khi Aƒ = M, thì hệ truyền động làm việc đi định Điểm lam việc ổn dịnh là giao điểm của hai đặc tinh eo eda

dong vd wM va cha may san xuat oM,

Trang 15

Để xác dịnh điểm làm việc ta dựa vào phương trình động học của én dong (1-14) tal giao điểm

dM aM,

=e dt dar x ) (1) — a-15) der x

Điều kiện để ổn định là

AM aM,

Ác DU CHÚ 16)

Hay fdong ex — A, < 0 a=17) Tren H.Ga, xét các điểm làm việc ổn định của hệ Iruyền động,

Ở tại điểm khảo sát ta xét thấy 3 điểm A, HH, C là điểm làm việc

ổn dịnh, còn điểm D 1a điểm làm việc không ổn định,

Trườnghợp — A: đụ < j; vì đụ <0 vi ¿ = 0 ổn định B: /ụ < 0xà ƒ,; 0 nên Bị < đyổn định Œ: <0 và ; = 0 nên đụ < /; ổn dịnh Dị đ>0 và nên /j,> ƒ; không ốn định Minh 2

Trang 16

1-8 DONG HOC CUA KHOP NOI MEM

Thực tế cớ một số truyên động Hùng các khớp nối mềm Trong trường hợp này không thể dùng phương trình dộng học (1-14) và phương trình tính quy đổi về trục động cơ để mô tả dộng lực học như thường lệ

Xết cơ cấu truyền động mô tả trên HT, 1-7a, phương trình mô tả động bọc của hệ gồm các phương trình:

= Cho điểm đổi với trục động cơ

= (1-18)

= Cho diém déi với tải: đo,

My=dy ST + kạmy 2 sp ni ai + Mỹ (1-19) My = Cla, ~ 93) + kyo, - @), (1-20) trong dé — Ay, Ry, hy 1A he số tắt của dao động,

= 045.02 là góc xoắn, = € là hệ số đàn hồi

8ơ đồ khối mô tả động học hệ trên H.1—76), gồm 3 phần ghép nổi, hê truyền động sẽ có đáo động riêng

a) Khi &ị = hy = Ry = 0 tần số dao động riêng là

Trang 17

cớ tân số bàng hoạc gần với tân số dao động riêng,

Mặt khác, trong hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ để đâm bẢo

nh, =7: a) Mô tả nguyên lý dộng học truyền dộng có khếp nổi mồm; b) Mô tả toán học khẩu khúp nối mềm

ổn dinh của hệ cần phải giảm hê số khuếch dai của bộ điều chỉnh tốc

độ, dẫn đến giảm độ chính xá điều chính

Để khác phục hiện Lrạng này căn phải bố trí các bộ lọc,